小动物缺血性脑卒中模型的原位活体动态研究

Stroke is the number one cause of death in China. Currently, there is no effective treatment except tPA injection within 4.5 hours of stroke onset. Preclinical research based on small animal models is of vital importance for the development of new treatments. However, dynamic monitoring the changes of cerebral microvasculature in small animal remains to be the bottle neck because the vassal size is usually less than 100 ?m. Utilizing third generation of synchrotron light, we has demonstrated that dynamic monitoring in small animal microvasculature with high resolution synchrotron radiation imaging is feasible. Based on our recent findings, we propose to continue utilizing with Shanghai synchrotron radiation light in developing a series of high resolution live synchrotron radiation imaging and processing techniques, to better understand the following key aspects in stroke research: 1) the pathophysiological correlation between brain functional recovery and the differential dynamic perfusion of micro vessels; 2) the initiation and progression of the angiogenic process following gene therapy and stem cell therapy in experimental stroke; 3) to explore the possibility of dynamic changes of cerebral microvasculature in living animal by noninvasive micro X-ray imaging.

脑卒中是中国死亡率最高的疾病。对于缺血性脑卒中，除发病4.5小时内可以进行溶栓治疗之外，目前还缺乏有效的治疗手段，因此利用小动物（鼠）脑卒中模型进行临床前研究对于开创脑卒中新疗法至今仍旧十分重要。然而，由于鼠的脑血管大多在100微米以下，对其进行动态活体研究从目前来说一直还是个瓶颈。过去三年中，申请人领导的研究组在上海光源的研究结果表明，利用第三代同步辐射的优异特性，实现鼠脑微血管的活体动态高分辨成像是可行的。在此基础上，本课题拟利用上海光源开展小动物脑微小血管变化研究，力求突破脑卒中研究中的瓶颈，为解决脑卒中发生发展过程中微小血管改变的问题提供新思路、新途径和新手段，主要目标是：1）探求大脑功能恢复与不同级别脑微血管的动态灌注情况之间的病理关联；2）研究脑缺血修复时血管新生的发生发展进程，以开辟治疗脑卒中的新途径；3）探索应用X射线显微成像技术对活体鼠脑微小血管进行原位无损检测的可能性。

目前临床常用的影像学方法虽然为脑血管疾病的诊断提供了有效的工具，但这些方法只能显示大于500微米的血管，对于临床前研究常用的小动物（鼠）脑卒中模型并不适用，因为鼠动脉的主干管径大多小于500微米，其分支管径一般均在100微米以下。本研究利用了同步辐射X-射线成像技术高分辨率、高灵敏度的优势，研究了小动物多种小血管疾病模型中血管动态变化。主要包括：1）实现了同步辐射技术对生物学样品辐射剂量的控制，即快门的研制和应用。为了实现减少生物医学样品辐照剂量的目标，本课题组自行设计了用于Ｘ射线成像的快门。利用该方法，我们成功探究了短暂性大脑中动脉缺血模型中局部血栓形成和模型重复性的关系，并揭示了大脑中动脉缺血模型中后大鼠脑半球间颅内外血管的联系。2）根据生物医学样品的特点，建立并发展了动态CT、荧光成像等多种不同的成像方法，在此基础上，我们首先合成MRI、SPECT /荧光三模态探针（125I—fSiO4@SPIOs）,定量追踪移植至卒中大鼠的脑内或静脉的骨髓间充质干细胞（MSCs），然后评估可能存在通过这两种途径的骨髓间充质干细胞的治疗效果和可能存在的机制。3）建立了相应的图像后处理方法，实现了对三维血管的定量分析。利用该技术，我们应用了同步辐射技术动态监测糖尿病对缺血性中风后脑血管结构和功能的影响。实现对疾病中血管异常的定量研究，是生物医学研究的强有力辅助手段，对于此类疾病的发病机制研究及早期诊断都有非常重要的价值。