光学成像跟踪缺血性脑卒中后血管再生及运动功能变化

Angiogenesis promotion is one of the most prospective treatments in ischemia stroke, but the relations between angiogenesis, synaptic plasticity, and motor functions recovery after ischemia stroke remain unknown. This project proposes to combine optical clearing skull window with various optical imaging techniques to in vivo trace cortical vessels injuries and angiogenesis with/without treatment; the vessels structural and functional changes and their responses to angiogenic drugs from the aspect of blood flow, blood oxygen and vessel permeability. Further, we will evaluate the motor functions recovery after ischemia stroke with/without treatment from in vivo to in vitro, which includes tracing synaptic plasticity through optical clearing skull window using two-photon microscope; investigating the spatial distribution of neuromuscular junction to acquire its spatial distribution characteristics and adaptive changes by combining in vitro optical clearing techniques with light-sheet microscope with/without treatment. On this basis, we can establish the relations between angiogenesis, synaptic plasticity and motor functions recovery after ischemia stroke. The results of this project will provide an efficient method to assess angiogenesis treatment and drug research and the theoretical basis for ischemia stroke treatment, therefore, it has very important scientific significance and application prospect.

促血管再生被推崇为缺血性脑卒中最有前景的治疗技术之一。但缺血性脑卒中血管再生、神经突触可塑性及其与运动功能重塑之间的关联性并不清楚。本项目提出"光透明颅窗"结合多种光学成像，在体跟踪缺血性脑卒中后非干预/干预治疗所引起的皮层血管变化，从血管结构（含再生）、血流、血氧及血管渗透性等方面评估促血管新生因子对皮层血管结构与功能的影响。研究缺血性脑卒中非干预/干预治疗对皮层神经可塑性及运动功能重塑的影响:"光透明颅窗"结合双光子成像在体跟踪皮层神经突触可塑性;离体光透明结合光片成像获取骨骼肌内神经-肌肉接头的三维结构，描述神经-肌肉接头形态与空间分布特征及其适应性变化。在此基础上，建立缺血性脑卒中后血管再生、神经可塑性与运动功能重塑之间的关联性。本项目的研究成果将为缺血性脑卒中血管再生治疗提供可靠的理论依据，也为该病的血管再生药物研发及疗效评估提供一套有效的评估体系，具有重要的科学意义及应用前景。

缺血性脑卒中是世界范围内主要的致残致死因素。促血管再通/再生是缺血性脑卒中的有效治疗方式，但仍有相当一部分患者的预后较差。本项目围绕缺血性脑卒中后血管结构变化、神经肌肉接头及运动功能的关系而展开：发展适用于可见-近红外的长效光透明颅窗，结合光动力效应，构建靶向、且损伤程度可控的小鼠缺血性脑卒中模型，实现对小鼠大脑中动脉、大脑中动脉二级分支或大脑中动脉远端小血管的靶向栓塞；结合激光散斑成像跟踪小鼠缺血性卒中血管功能变化，评估尿激酶溶栓药物对不同尺寸血管栓塞后的疗效，探讨干预疗对皮层血管结构与功能的影响，发现尿激酶对中动脉二级分支的二级分枝效果最好，对大血管的溶栓并不完全，而远端小血管会很快再通，但会再次堵塞；发展新型的离体组织光透明方法及全脑血管标记方法，实现全脑血管网的三维整体结构成像；建立缺血再灌注血管标记方法，结合显微光学成像，实现对堵塞血管的三维精准识别，探究微血管堵塞随中动脉堵塞时长以及药物治疗后的改善情况，发现中性粒细胞对微血管的堵塞主要是其加重毛细血管管腔狭窄所致；建立适用于骨骼肌整体标记及成像方法，获取骨骼肌内神经肌肉接头及神经纤维的三维分布，研究新生小鼠不同骨骼肌神经肌肉结构发育与运动功能的关系，在此基础上，进一步跟踪检测小鼠运动皮层缺血性脑卒中对骨骼肌神经肌肉接头及运动功能的影响，发现单侧与双侧运动皮层卒中并不会引起神经肌肉接头三维整体分布及数量的变化，但重度卒中均会导致小鼠神经肌肉接头的严重碎片化及面积膨大，这种变化会随时间逐渐加剧；双侧运动皮层卒中损伤引起的小鼠四肢协调能力显著下降，但二者在单个肢体的控制能力上并没有表现出显著差异。本项目的研究成果将为缺血性脑卒中血管再通治疗药物研发提供一套有效的评估体系，具有重要的科学意义及应用前景。