脑组织液流动性的MRI示踪诊断技术与机制研究

定量分析脑组织液（ISF）流动性等生理学指标是微循环研究领域的一个难题。近年来共报道七种方法对组织通道的形态学指标进行研究，但在生理性参数，如流动速率、阻力、压力等方面缺少有效手段。在体、活体检查方法是ISF流动性等生理指标测量的前提。MRI是最常用的活体形态与功能代谢成像方法，对活体生理性指标的测量分析具有独特优势。目前应用MRI进行的该领域研究报道多为代谢物经ISF内去向的描述性报道，缺少定量指标。本课题应用MRI示踪技术、ICP-MS和电镜方法对引入性Gd-DTPA在ISF内扩散与清除规律进行动态观察与定量测量，探讨示踪剂在脑区指数衰减型浓度下降的机制，建立一种稳定的在体脑组织通道解剖与ISF流动性参数测量的新方法，为进一步经该通道途径进行的脑病诊治提供新方法与新思路。

脑组织液（interstitial fluid，ISF）流动性的定量分析一直是微循环领域的研究难题。现有的研究方法均无法满足在活体动物全脑范围内实时、动态、定量监测脑ISF流动的需求。为了建立一种稳定的在体脑组织通道解剖与ISF流动性参数测量的新方法，本研究在脑内导入示踪剂钆-二乙三胺五乙酸（gadolium-diethylenetriaminepentaacetic acid，Gd-DTPA）后，优化磁共振成像序列，确立磁共振信号强度与示踪剂浓度之间的定量关系，构建描述示踪剂在脑细胞外间隙（extracellular space，ECS）分布的扩散模型，通过图像后处理和数学求解得到ECS和ISF的解剖生理参数，定量描述脑ECS的空间结构和ISF的流动特点。目前，本研究已实现编程，并分别在大鼠脑内的尾状核、丘脑、皮质、白质区域进行测量，测量结果显示：尾状核区域的有效扩散系数（D*）值相对较大（(3.33±0.69)×10-4 mm2/s，n=6），一级消除动力学常数（k’）相对偏小（(0.65±0.11)×10-4 /s，n=6）。这与磁共振成像检测到的尾状核区域分布广、扩散慢的宏观结果是一致的。此外，本研究还结合应用等离子体电感耦合质谱技术和透射电镜等技术手段，通过体外模拟和体内验证途径明确了Gd-DTPA在脑内代谢和清除的主要机制。研究发现，神经细胞在目前的加样浓度下很难摄取Gd-DTPA，Gd-DTPA经脑内注射后很难逆向回流入血，主要经颈部淋巴结代谢，经肾脏排出体外。Gd-DTPA在各脑区经脑ISF引流清除的规律和方式也各不相同，其中Gd-DTPA在脑内呈指数衰减的速度白质>丘脑>皮质>尾状核。最后，我们还尝试进行蛋白的标记成像，成功合成了Gd-DTPA-人血清白蛋白和Gd-DTPA-VIII因子，二者的弛豫性能优良，但是前者因为分子较大经脑内注射后滞留在原位无法扩散，后者的生物学活性良好。综上，本研究建立了一种定量分析脑ISF流动的新方法，现已获得专利支持，将为经脑间质途径的脑病认知和诊疗提供新的理论依据和技术支持。