科大研究人员研发长期活体成像技术 用于脊髓损伤研究和治疗

由香港科技大学（科大）科学家所领导的研究团队研发出一种新型活体成像技术，可用于观察脊髓损伤和修复的重要生物过程，从而为加强理解脊髓损伤的病理以及开发相应的治疗方案打下基础。

脊髓作为人体大脑和周围神经的主要信息传输通路，内含紧密排列的神经束和胶质细胞。脊髓损伤往往造成毁灭性及无法逆转的神经创伤，从而可能导致终身残疾和瘫痪，无法治愈。

通过成像来了解脊髓的功能及其对于病理性损伤以及治疗方案的反应是十分重要的，然而现今并没有有效的成像手段，可以在不引起脊髓免疫反应的情况下对脊髓进行细胞水平的生物观察。传统的成像手段需要将实验对象的脊髓暴露出来以提升图像的解像度，这往往引起脊髓组织的免疫反应，从而影响所研究疾病的自然发展过程，对研究疾病产生干扰。

如今，由科大电子及计算机工程学系教授瞿佳男和生命科学部副教授刘凯领导的研究团队展示了一种新的活体脊髓成像方法，实现了对小鼠脊髓长期、多次、稳定、高解像度且无免疫反应干扰的光学成像。

在他们的方法中，相邻两节椎骨的缝隙被作为窗口进行成像，同时他们保留了背侧连接相邻两节椎骨的黄韧带组织而不是将脊髓完全暴露。保留这层韧带结构使得成像手术引起免疫反应的风险大大降低，但同时也降低了成像质量：因为这层韧带组织会带来光学散射，并降低光学成像的穿透深度。

为了解决这个问题，他们使用了一种得到FDA认证的无毒试剂——碘克沙醇为成像窗口进行光学清除，并成功增加了整个窗口的透明度，从而提升图像对比度和解像度得。相较于之前的方法，这种基于碘克沙醇的光学清除技术使得研究人员在去除较少脊髓背侧组织的情况下仍能保证较好的图像质量，因此显著增加了成像次数，使得该研究团队在长达167天的时间里对脊髓进行了15次的高解像无免疫反应成像。

通过这种椎间光学清除窗口进行成像，该研究团队研究了在神经元轴突退化过程中小胶质细胞和受损轴突的动态变化，并且观察到了小胶质细胞和受损轴突近端朗飞结的增强接触，从而为研究在神经元健康和受损状态下，免疫细胞和神经轴突朗飞结的相互作用提供了可靠的方法。这些结果最近在《自然－通讯》（Nature Communications）期刊上发表。

瞿教授说道：「考虑到对脊髓进行长期多次成像的困难，这个新活体脊髓成像技术将会成为一种重要的工具手段，能够被广泛用来研究脊髓损伤。」瞿教授作为光学科学工程领域的专家，对用线性和非线性光学光谱成像方法在不同动物模型上进行活体生物组织的研究具有丰富经验。

刘教授补充道：「通过避免手术引起的炎症反应，我们可以跟踪观察小胶质细胞从正常舒展状态到被激活的过程，从而帮助我们理解在脊髓中小胶质细胞与退化和再生轴突的功能性交互。」刘教授的研究方向之一是探索在成年哺乳动物中枢神经系统中受损轴突再生的细胞和分子学机制。 「在活的动物模型中进行活体成像将会为生物学带来新的洞见，从而推动研发有效治疗脊髓损伤的方案。」

（原文于2022年4月12日在EurekAlert刊登。）