基于定量化动态对比增强磁共振成像的电磁脉冲对大鼠血脑屏障影响的研究

Permeability of blood brain barrier (BBB) can be altered by electromagnetic pulse (EMP). Utilizing dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI), the spatial distribution and time-dependent variation of BBB permeability after EMP exposure can be quantitatively measured in the whole-brain range. However, to the best of our knowledge, there is no study of effects of EMP on rat’s BBB by using quantitative DCE-MRI. In this study, based on rat model of EMP induced BBB opening, quantitative DCE-MRI, immunohistological technique, and morphological examination are utilized to obtain the quantitative physiological parameters such as Ktrans and kep, expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP) in astrocytes, and morphological characteristics of microstructure, respectively. By investigating the effects of EMP on BBB and its relationship with histological changes, we attempt to discover the spatial distribution and time-varying characteristics of BBB permeability after EMP exposure and the histological basis of them. The results of this study will not only help us in further understanding the rules of BBB opening induced by EMP radiation and its histological basis, but also lay a foundation for development of the method of targeted EMP protection and the technique of drug delivery into brain by taking advantage of EMP.

研究表明，电磁脉冲（EMP）可导致血脑屏障（BBB）通透性的改变。通过分析动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）获得的数据，能够定量化地在体检测BBB通透性在全脑尺度上的空间分布及其随时间的变化。然迄今，基于定量化DCE-MRI的EMP对大鼠BBB影响的研究尚属空白。为此，本研究拟利用定量化DCE-MRI的优势，结合免疫组化及形态学等技术，在EMP致BBB开放大鼠模型的基础上，从BBB通透性定量化生理参数（Ktrans和kep等）、星形胶质细胞内胶质纤维酸性蛋白（GFAP）表达、脑组织结构等方面，重点研究EMP对BBB通透性的影响，最终揭示EMP辐射后BBB通透性的空间分布和随时间变化的规律及其组织结构基础。该研究不仅有助于进一步理解EMP致BBB通透性改变的规律及其组织结构基础，而且能为有针对性的EMP辐射防护方法以及利用EMP辐射促进药物导入脑内技术的开发奠定基础。

既往研究表明，电磁脉冲（EMP）可导致血脑屏障（BBB）通透性的改变。通过分析动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）获得的数据，能够定量化地在体检测BBB通透性在全脑尺度上的空间分布及其随时间的变化。然迄今，基于定量化DCE-MRI的EMP对大鼠BBB影响的研究尚属空白。为此，本研究利用定量化DCE-MRI的优势，结合免疫荧光及形态学等技术，在EMP致BBB开放大鼠模型的基础上，从BBB通透性定量化生理参数（Ktrans和ve等）、星形胶质细胞内胶质纤维酸性蛋白（GFAP）表达、脑组织结构等方面，重点研究了EMP对BBB通透性的影响，构建了包含独立脑区的大鼠模型并进行了EMP辐射剂量模拟计算，探明了不同位置敏感脑区的BBB通透性空间分布规律，明确了不同位置敏感脑区的BBB通透性与辐射剂量之间的量效关系，揭示了EMP辐射后大鼠各敏感脑区BBB通透性随时间变化规律，阐明了EMP辐射对大鼠BBB通透性影响的组织结构基础。研究结果表明：（1）EMP辐射下大鼠脑内电场强度，随着其入射峰值电场强度升高而升高。在同一峰值电场强度EMP辐射下，大鼠脑内电场强度从背侧向腹侧逐渐降低。（2）不同峰值电场强度EMP辐射后，大鼠脑部BBB通透性在各敏感脑区存在空间差异，与低剂量照射组相比，高剂量照射组的大鼠脑部BBB通透性空间差异较明显。（3）EMP辐射后大鼠脑部BBB通透性与辐射剂量之间存在显著量效关系，EMP辐射下大鼠脑内电场强度越高，则辐射后BBB通透性升高程度越高。（4）400kV/m EMP辐射可致大鼠各敏感脑区BBB通透性升高，24h各敏感脑区BBB通透性恢复。（5）400kV/m EMP辐射后大鼠海马区BBB相关组织结构（毛细血管和星形胶质细胞）发生改变是其通透性增加的组织结构基础，辐射剂量越大，则改变越明显。该研究不仅有助于进一步理解EMP致BBB通透性改变的规律及其组织结构基础，而且能为有针对性的EMP辐射防护方法以及利用EMP辐射促进药物导入脑内技术的开发奠定基础。