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Neuroscience Bulletin | 同步辐射3D血管成像精准解析癫痫后海马区微血管网络重塑

发布日期:2020-04-13  浏览次数:1322

Neuroscience Bulletin 2020年第4期以封面文章发表了来自中南大学湘雅医院肖波和张萌琦教授研究组题为“Synchrotron Radiation-Based Three-Dimensional Visualization of Angioarchitectural Remodeling in Hippocampus of Epileptic Rats”的原创研究论文。该文通过应用同步辐射X线相衬成像对颞叶癫痫动物模型进行分析,揭示了在正常和癫痫发作不同条件下大鼠大脑海马区微血管网络重塑的三维形态构筑改变。

癫痫是最常见而严重的神经系统疾病,被 WHO 列为全球重点防治的五大神经精神疾病之一。癫痫主要表现为反复发作的神经功能失调,以大脑神经元异常同步化放电、反复痫性发作为特征,其频繁发作可导致脑不可逆的进行性损害,临床以颞叶癫痫最为常见。近年来研究显示癫痫的反复发作与颞叶海马结构受损及其代偿机制的失代偿有关。其中海马微血管异常增生—微环境炎症效应—痫性发作周期性反复循环,被认为可能是诱导慢性癫痫形成的新机制。迄今为止,癫痫后血管网络重塑进程及机制等尚未明确。

既往,对于显微血管的形态学研究大都停留在组织病理学二维层面,只能获取血管切面的二维形态信息,因而视场有限,导致无法真实反映新生血管重塑后的复杂三维空间网络结构,故具有一定局限性。新兴的同步辐射成像技术,无需血管灌注造影即能在微米至亚微米量级实现微血管网络的快速、无损、三维、高通量、低辐射剂量成像。本研究通过同步辐射相衬图像,解析了局部海马结构的3D血管构筑,包含从10 μm到100 μm不同管径的血管分布渲染图谱(图1)。

图1 显示基于同步辐射的X线相衬成像技术无需造影剂即可呈现微米级脑血管网络3D可视化。图中1-A, 1-B, 1-C显示了对大鼠右侧海马3D血管结构的提取、轮廓勾勒及不同管径分布渲染图。1-D显示大鼠海马血管网络3D渲染图像,从红色到蓝色的伪彩图谱示意血管直径分布从10 μm到100 μm。

本研究进一步提取癫痫大鼠和对照组海马区的3D血管网络,通过对癫痫后不同时间段靶区域血管的表面积、分支、节点、管径分布、迂曲度等一系列参数的动态研究,证实癫痫发作后局部海马血管构筑发生改变。癫痫组1天、14天海马区血管数量增加(图2),血管表面积、血管迂曲度、分支、节点呈上升趋势,血管结构相对紊乱(图3)。新生血管网络可能引起血脑屏障渗透性改变,介导神经炎症效应,导致血管新生―炎症―痫性发作循环;癫痫组60天血管数量减少,且分布相对疏松无序,大量血管收缩闭塞(图2),胶质细胞增生,血管表面积、分支、节点、管径分布、迂曲度下降(图3)。海马血管新生或可成为癫痫发生的潜在机制和干预靶点,为癫痫早期诊断和治疗提供新的策略。
图2 对照组(A)及癫痫组1d(B)、14d(C)、60d(D)大鼠海马区血管网络3D视图
图3 对照组及癫痫组1d、14d、60d大鼠海马区血管表面积、分支、迂曲度、节点、管径分布3D定量分析

同步辐射X线相衬成像突破了传统成像方法的局限,为显微血管网络的3D构筑研究提供了新的方向。研究团队首次将该方法应用于癫痫大鼠海马区血管网络,进行3D定性定量解析,探索局部血管网络重塑在癫痫疾病中的进程和潜在作用,为深入揭示癫痫发病机制、探究干预靶点提供了新的思路和有力的工具。

参考文献:Gu P, Xu ZH, Cao YZ, Liao SH, Deng QF, Yin XZ, Wang ZL, Chen ZH, Hu XH, WangH, Li LZ, Liu SX, Ding H, Shi SP, Li HL, Xiao TQ, Xiao B, Zhang MQ. Synchrotron Radiation-Based Three-Dimensional Visualization of Angioarchitectural Remodelingin Hippocampus of Epileptic Rats. Neurosci Bull. 2020, 36(4):333-345.

转自:《 Neuroscience Bulletin》

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