科大研究人員研發長期活體成像技術用於脊髓損傷研究和治療

由香港科技大學（科大）科學家所領導的研究團隊研發出一種新型活體成像技術，可用於觀察脊髓損傷和修復的重要生物過程，從而為加強理解脊髓損傷的病理以及開發相應的治療方案打下基礎。

脊髓作為人體大腦和周圍神經的主要信息傳輸通路，內含緊密排列的神經束和膠質細胞。脊髓損傷往往造成毀滅性及無法逆轉的神經創傷，從而可能導致終身殘疾和癱瘓，無法治癒。

通過成像來了解脊髓的功能及其對於病理性損傷以及治療方案的反應是十分重要的，然而現今並沒有有效的成像手段，可以在不引起脊髓免疫反應的情況下對脊髓進行細胞水平的生物觀察。傳統的成像手段需要將實驗對象的脊髓暴露出來以提升圖像的解像度，這往往引起脊髓組織的免疫反應，從而影響所研究疾病的自然發展過程，對研究疾病產生干擾。

如今，由科大電子及計算機工程學系教授瞿佳男和生命科學部副教授劉凱領導的研究團隊展示了一種新的活體脊髓成像方法，實現了對小鼠脊髓長期、多次、穩定、高解像度且無免疫反應干擾的光學成像。

在他們的方法中，相鄰兩節椎骨的縫隙被作為窗口進行成像，同時他們保留了背側連接相鄰兩節椎骨的黃韌帶組織而不是將脊髓完全暴露。保留這層韌帶結構使得成像手術引起免疫反應的風險大大降低，但同時也降低了成像質量：因為這層韌帶組織會帶來光學散射，並降低光學成像的穿透深度。

為了解決這個問題，他們使用了一種得到FDA認証的無毒試劑——碘克沙醇為成像窗口進行光學清除，並成功增加了整個窗口的透明度，從而提升圖像對比度和解像度得。相較於之前的方法，這種基於碘克沙醇的光學清除技術使得研究人員在去除較少脊髓背側組織的情況下仍能保証較好的圖像質量，因此顯著增加了成像次數，使得該研究團隊在長達167天的時間裡對脊髓進行了15次的高解像無免疫反應成像。

通過這種椎間光學清除窗口進行成像，該研究團隊研究了在神經元軸突退化過程中小膠質細胞和受損軸突的動態變化，並且觀察到了小膠質細胞和受損軸突近端朗飛結的增強接觸，從而為研究在神經元健康和受損狀態下，免疫細胞和神經軸突朗飛結的相互作用提供了可靠的方法。這些結果最近在《自然－通訊》（Nature Communications）期刊上發表。

瞿教授說道：「考慮到對脊髓進行長期多次成像的困難，這個新活體脊髓成像技術將會成為一種重要的工具手段，能夠被廣泛用來研究脊髓損傷。」瞿教授作為光學科學工程領域的專家，對用線性和非線性光學光譜成像方法在不同動物模型上進行活體生物組織的研究具有豐富經驗。

劉教授補充道：「通過避免手術引起的炎症反應，我們可以跟蹤觀察小膠質細胞從正常舒展狀態到被激活的過程，從而幫助我們理解在脊髓中小膠質細胞與退化和再生軸突的功能性交互。」劉教授的研究方向之一是探索在成年哺乳動物中樞神經系統中受損軸突再生的細胞和分子學機制。「在活的動物模型中進行活體成像將會為生物學帶來新的洞見，從而推動研發有效治療脊髓損傷的方案。」

（原文於2022年4月12日在EurekAlert刊登。）