骨骼肌神经-肌肉接头三维空间分布及变化的成像研究

Neuromuscular junction (NMJ) is an important structure for motor function of skeletal muscle. It is crucial to obtain the precise three-dimensional topography of NMJ in skeletal muscles for peripheral nerve injury-repair researches and directing the intervention treatment in a clinical context. However, the information based on the traditional methods is incomplete and fragmented, which makes it difficult to provide sufficient scientific basis for nerve injury-repair assessment and clinical intervention. This project aims to develop a method for imaging of the whole NMJs in skeletal muscle based on tissue optical clearing. We will establish a whole-mount NMJ labeling method, develop high-efficient and labeling-compatible optical clearing method for skeletal muscle; then obtain the intact three-dimensional structure of NMJs by combining with optical imaging techniques, and analyze the spatial distribution pattern. Further, based on the injury and repair model, the adaptive morphological and topological changes and the relationship between the spatial structure and muscle function will be explored during the injury and repair process. This project will provide a new method for investigation of NMJ structure in whole-mount skeletal muscles. And the research production will contribute to better understanding the structural and functional relationships between nerve and muscle, provide scientific basis for the nerve injury-repair related studies and critical references for therapy in clinical practice. Hence, this work is scientifically significant and clinically valuable.

神经-肌肉接头与肌肉的运动功能密切相关，获取神经-肌肉接头精确的三维空间分布对于研究周围神经损伤修复以及指导临床实施干预治疗至关重要。然而，基于传统方法获取的碎片化的结构信息难以为神经损伤修复的评估及临床干预提供准确的科学依据。为此，本项目拟构建神经-肌肉接头整体标记方法，发展高效的肌肉组织光透明方法；结合光学成像获取不同骨骼肌内神经-肌肉接头的整体三维结构信息，揭示其空间分布规律；构建神经损伤及修复模型，探究骨骼肌失神经支配与再支配过程中肌肉内神经-肌肉接头形态及分布的变化规律，尝试建立神经-肌肉接头分布与肌肉功能的关联。本项目将为肌肉内神经-肌肉接头的整体观察提供新的方法，将有助于理解神经与肌肉间结构功能联系，有望为神经损伤及修复相关研究及临床干预治疗提供理论依据，具有重要的科学意义和潜在的临床价值。

神经-肌肉接头是神经与肌肉间进行信号传递、实现运动功能的关键结构。无论是深入理解神经与肌肉间功能联系的层面，还是神经损伤修复相关研究及临床干预治疗层面，都迫切需要在骨骼肌整体水平上获取神经-肌肉接头的三维空间分布。然而，传统方法难以获取神经-肌肉接头完整三维结构分布，现有方法获得的结构信息仍处于碎片化状态，难以为神经损伤修复相关研究及干预治疗提供充足的科学依据。.本项目的研究正是围绕上述问题展开，旨在构建针对骨骼肌的大组织成像方法，获得骨骼肌内神经-肌肉接头的三维空间分布特征及规律，并探究其失神经支配及再支配过程中的适应性变化。.主要的研究内容及结果如下：.1. 骨骼肌组织整体成像方法的建立：首先对现有光透明方法进行了系统评估及优化；发展了基于组织光透明的骨骼肌整体免疫标记方法；发展了新型的组织光透明方法，包括基于有机溶剂的新型光透明方法FDISCO以及基于水溶性试剂的光透明方法MACS，分别克服荧光衰减的问题、透明速率慢及透明效果差的问题。为骨骼肌的整体标记、透明提供重要手段。.2. 获取不同骨骼肌内神经-肌肉接头三维空间分布：结合组织光透明与光学成像技术，对不同骨骼肌内神经-肌肉接头进行成像，发现了其呈现片层状簇集分布的特征；进一步结合神经损伤及修复模型，探究了骨骼肌失神经支配后神经-肌肉接头沿片层逐渐弥散的趋势，并逐步崩解消失的过程，以及再支配后神经-肌肉接头分布的恢复。.相关研究成果发表在Science Advances、Theranostics、中国激光等国际国内重要期刊上，共计11篇；授权国家发明专利1项。本项目的研究成果不仅有利于更好地理解神经与肌肉间结构功能联系，并有望为神经损伤及修复相关的研究及临床干预治疗提供参考，具有重要的科学意义和潜在的临床价值。