研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)軸突（以黃色標(biāo)示）被飛秒脈衝雷射（以紅色標(biāo)示）切斷後，免疫細(xì)胞（以綠色標(biāo)示）迅速反應(yīng)并轉(zhuǎn)移至受損位置

免疫細(xì)胞迅速?gòu)纳赃h(yuǎn)位置轉(zhuǎn)移至受損位置，并包圍朗飛結(jié)（以紫色標(biāo)示）以防止軸突進(jìn)一步退化

由香港科技大學(xué)（科大）科學(xué)家們所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型活體成像技術(shù)用于觀察脊髓損傷和修復(fù)的重要生物過(guò)程，從而為更好的理解脊髓損傷的病理以及開(kāi)發(fā)相應(yīng)的方案打下基礎(chǔ)。

脊髓作為人體大腦和周圍神經(jīng)的主要信息傳輸通路，內(nèi)含緊密排列的神經(jīng)束和膠質(zhì)細(xì)胞。脊髓損傷往往造成毀滅性及無(wú)法逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)創(chuàng)傷，從而可能導(dǎo)致終身殘疾和癱瘓，無(wú)法治愈。

通過(guò)成像來(lái)了解脊髓的功能及其對(duì)于病理性損傷以及方案的反應(yīng)是十分重要的，然而現(xiàn)今并沒(méi)有有效的成像手段，可以在不引起脊髓免疫反應(yīng)的情況下對(duì)脊髓進(jìn)行細(xì)胞水平的生物觀察。傳統(tǒng)的成像手段需要將實(shí)驗(yàn)對(duì)象的脊髓暴露出來(lái)以提升圖像的分辨率，這往往引起脊髓組織的免疫反應(yīng)，從而影響所研究疾病的自然發(fā)展過(guò)程，對(duì)疾病研究產(chǎn)生干擾。

如今，由科大電子及計(jì)算機(jī)工程學(xué)系教授瞿佳男和生命科學(xué)部副教授劉凱領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)展示了一種新的活體脊髓成像方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小鼠脊髓長(zhǎng)期，多次，穩(wěn)定，高分辨率且無(wú)免疫反應(yīng)干擾的光學(xué)成像。

在他們的方法中，相鄰兩節(jié)椎骨的縫隙被作為窗口進(jìn)行成像，同時(shí)他們保留了背側(cè)連接相鄰兩節(jié)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(jié)構(gòu)使得成像手術(shù)引起免疫反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)大大降低，但同時(shí)也降低了成像質(zhì)量：因?yàn)檫@層韌帶組織會(huì)帶來(lái)光學(xué)散射，并降低了光學(xué)成像的穿透深度。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，他們使用了一種得到FDA認(rèn)證的無(wú)毒試劑－碘克沙醇進(jìn)行成像窗口的光學(xué)清除，并成功的增加了整個(gè)窗口的透明度，從而使圖像對(duì)比度和分辨率得到提升。相較于之前的方法，這種基于碘克沙醇的光學(xué)清除技術(shù)使得研究人員們?cè)谌コ^少脊髓背側(cè)組織的情況下仍能保證較好的圖像質(zhì)量，因此顯著的增加了成像次數(shù)，使得該研究團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)達(dá)167天的時(shí)間里對(duì)脊髓進(jìn)行了15次的高分辨無(wú)免疫反應(yīng)成像。

通過(guò)這種椎間光學(xué)清除窗口進(jìn)行成像，該研究團(tuán)隊(duì)研究了在神經(jīng)元軸突退化過(guò)程中小膠質(zhì)細(xì)胞和受損軸突的動(dòng)態(tài)變化，并且觀察到了小膠質(zhì)細(xì)胞和受損軸突近端朗飛結(jié)的增強(qiáng)接觸，從而為研究在神經(jīng)元健康和受損狀態(tài)下免疫細(xì)胞和神經(jīng)軸突朗飛結(jié)的相互作用提供了一種可靠的方法。這些結(jié)果近在《自然-通訊》（Nature Communications）雜志上發(fā)表?！?/p>

“考慮到對(duì)脊髓進(jìn)行長(zhǎng)期多次成像的困難，這個(gè)新活體脊髓成像技術(shù)將會(huì)成為一種重要的工具手段，能夠被廣泛用來(lái)研究脊髓損傷?！?瞿佳男教授說(shuō)道。瞿佳男教授作為光學(xué)科學(xué)工程領(lǐng)域的專家，對(duì)用線性和非線性光學(xué)光譜成像方法在不同動(dòng)物模型上進(jìn)行活體生物組織的研究具有豐富經(jīng)驗(yàn)。

“通過(guò)避免手術(shù)引起的炎癥反應(yīng)，我們可以跟蹤觀察小膠質(zhì)細(xì)胞從正常舒展?fàn)顟B(tài)到被激活的過(guò)程，從而幫助我們理解在脊髓中小膠質(zhì)細(xì)胞與退化和再生軸突的功能性交互。” 劉凱教授補(bǔ)充道。劉凱教授的研究方向之一是探索在成年哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中受損軸突再生的細(xì)胞和分子學(xué)機(jī)制?！霸诨畹膭?dòng)物模型中進(jìn)行的活體成像將會(huì)帶來(lái)新的生物學(xué)上的洞見(jiàn)，從而推動(dòng)研發(fā)對(duì)于脊髓損傷的有效?！?/p>