中风小鼠脑血管的三维结构研究

德国埃森大学医院神经病学系Dirk M. Hermann 教授； IMCES成像中心以及埃森大学医院实验免疫学和成像研究所的Matthias Gunzer 教授；波鸿鲁尔大学细胞形态学和分子神经生物学系Andreas Faissner教授及其同事们。

左图（绿色信号）：健康小鼠大脑毗邻皮层的纹状体微血管重构图，混合密度投影，gamma=3。右图（红色结构）：Filament 渲染结果。网格内较大部分厚度50微米。感谢University Clinic Hospital IMCES 成像中心的Anthony Squire 博士提供数据。

中风

德国Dirk Hermann教授实验室的研究人员，Andreas Faissner教授，及IMCES成像中心的Matthias Gunzer教授结合透明技术，lightsheet显微成像及Imaris 软件，用以展示中风后小鼠脑部复杂的三维血管网结构。这是透明技术与lightsheet 显微成像结合首次量化中风造成的血管损伤，向中风后脑部缺血区域的血管降解的研究迈出了第一步。

使用新的成像手段，研究人员构建了血管的三维模型，并通过它得到各种数据来衡量血管完整性或中风后血管的损伤程度。“同时，这个三维模型还为药剂评估提供更精确可靠的结果，如抑制中风后血管降解或刺激血管生长重建等有益效果。”研究组成员及成像中心的负责人Anthony Squire博士说。

密集的血管网络

在大脑内，尤其是皮层及其周围区域内，分布有密集的血管网络以保证氧及营养物质的供应，并将代谢产物带走。中风发生后，受损的血管逐步退化，从而影响其周围组织，导致运动及认知能力的丧失。

研究小组研发了一种在完整的小鼠大脑中，展示并量化中风对血管结构的损伤的方法。他们在成像步骤中，将一些新的优化操作与前文提到的技术结合到了一起。

为了能对中风小鼠的脑部进行成像，研究人员使用一种诱导中风的方法，该方法在一个大脑半球的纹状体区域产生可控的局部梗塞。这使得健康的大脑半球中有区域能够用作阴性对照。

研究人员使用优化的3DISCO 组织透明技术，通过LaVision BioTec lightsheet ultramicroscope对全脑成像，预处理图像结果以获得更高的对比度，随后在Imaris中做三维展示并使用Filament 工具进行分析。研究人员选择Imaris 的一个理由是她的便捷性及重构及操控三维图像时友好的界面。

重构三维脉管系统

通过Imaris 展示全脑的血管网，研究者们能够在全脑结构中定位中风造成的血管损伤部位。随后在更高分辨率下拍摄受损部位及其在另一健康半脑中对应的区域。接下来使用Imaris Filament Tracer 构建并量化高分辨率下复杂的微血管网。

健康大脑（左侧）200微米切片与中风大脑（右图）同区域血管Filament 渲染对比。网格宽度100微米。感谢University Clinic Hospital IMCES成像中心的Anthony Squire 博士提供数据。

据研究人员介绍，FilamentTracer 的loops 算法对脑血管网络的构建至关重要。他们通过健康的脑区建立Filament渲染参数，并以此为基础批量处理其余的数据。

研究人员使用Filament Tracer 构建了1立方毫米大小的健康及受中风影响的脑血管网。分析结果显示，健康大脑中每立方毫米中血管总长度达922毫米，与之对应的受损部位中，血管总长度为329毫米。

“我们还通过Filament 统计了血管的直径，用以计算在所测空间范围内三种等级血管长度的密度。”Squire 说，“对我们的研究来说，这种分类分析非常重要。借此我们确认了最初观测到的结果 –  中风区域受主要影响的是毛细血管结构。”

研究人员将继续使用lightsheet 采集一系列透明化组织的数据。“总的来说，Imaris是展示和研究三维数据的不二之选，”Squire说，“因此，我们在高端工作站上安装了Imaris 全版软件，并一直使用最新版本。”

Research paper: Lugo-Hernandez E, Squire A, Hagemann N, Brenzel A, SardariM, Schlechter J, Sanchez-Mendoza EH, Gunzer M, Faissner A, Hermann DM. 2017. 3Dvisualization and quantification of microvessels in the whole ischemic mousebrain using solvent-based clearing and light sheet microscopy. J Cereb BloodFlow Metab. 37(10):3355-3367