激光散斑血流仪 | 无创、快速、大视场检测大脑血流——助力脑卒中治疗的新药研发

2023-12-01 09:34:03, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

脑卒中是指大脑供血不足或出血导致的神经功能障碍，常见症状包括突发性面瘫、肢体无力、语言障碍等。其发病原理多种多样，包括动脉粥样硬化、高血压、心房颤动等因素，同时遗传、年龄、生活方式等也会影响其发病。

脑卒中是全球范围内主要的死亡和致残原因之一，社会发病率逐年上升。据世界卫生组织统计，目前每年全球有1700万人患上脑卒中，其中500万人死亡，600万人永久残疾。

缺血性脑卒中约占所有脑卒中病例的87%，当血凝块堵塞大脑中的血管并中断血液供应，导致脑组织缺氧和营养时，就会发生缺血性脑卒中。缺血性脑卒中患者的脑组织损伤在几分钟内发生，并导致与受影响的脑区域相关的认知和神经行为缺陷受损，甚至死亡。

2023年2月福州大学许燕燕和陈丹等在International Journal of Pharmaceutics上在线发表了"A triple fusion tissue-type plasminogen activator (TriF-ΔtPA) enhanced thrombolysis in carotid embolism-induced stroke model."《三融合组织型纤溶酶原激活剂(TriF-ΔtPA)增强颈动脉栓塞性卒中模型的溶栓作用》，通过对阿替普酶进行改性制作了一种效率更高的脑卒中治疗药。文中使用了激光散斑血流仪和生物化学等实验方法验证了该药物的有效性。

研究基础

闭塞脑血管的快速再通是急性缺血性中风 (AIS) 的主要治疗目的。尽管血管内介入治疗的出现拓宽了AIS的治疗选择，但由于缺乏医生或设备，机械血栓切除术的应用仍然受到限制。此外，血管内导管不能到达部分脑动脉，进一步限制了其临床使用。因此，使用血栓溶解剂的静脉内纤维蛋白溶解仍然是AIS的重要治疗选择。

重组组织型纤溶酶原激活剂 (阿替普酶^®,rtPA) 是美国食品药品监督管理局 (FDA) 唯一批准的用于治疗AIS(1995) 的血栓溶解药物。静脉注射阿替普酶已被证明是恢复血流的有效药物治疗方法。然而，阿替普酶要达到令人满意的溶栓效果存在一些障碍。活性阿替普酶在几分钟内被其内源性抑制剂 (主要是PAI-1) 迅速抑制，形成等摩尔抑制复合物，随后被肝脏清除。

阿替普酶通常在临床上以大剂量给药 (每位成人90mg)，以达到令人满意的溶栓效果。然而高剂量的阿替普酶会引起出血副作用和神经毒性。因此，不断进行研究以改善甚至重塑当前的AIS溶栓治疗方法是目前的一个研究方向。

实验设计和实验结果

新一代溶栓剂的开发通常基于tPA的蛋白结构优化和重组实现其功能的改善。

作者通过对tPA中146号氨基酸位点的突变A146V提高了tPA对内源性抑制剂PAI-1的抗性，突变体命名为ΔtPA (A146V)。随后，为提高其血浆半衰期，将人血清蛋白HSA重组至ΔtPA ^A146V的C末端，称为ΔtPA-HSA。最后，为提高ΔtPA-HSA的纤维蛋白亲和力，将一种纤维蛋白结合肽FBP融合至ΔtPA-HSA的C末端，组成一种三融合组织型纤溶酶原激活剂TriF-ΔtPA。

tPA构象及突变位置

三融合组织型纤溶酶原激活剂TriF-ΔtPA结构示意图

作者使用血栓生成仪实现对小鼠内侧颈动脉的栓塞以及栓塞率测定，实现动物的脑卒中造模。使用Longa评分量表评估神经功能缺损，并且使用了玉研仪器激光散斑血流仪（HR PRO）实现对动物脑部血流的实时观测和量化评估。

TriF-ΔtPA在小鼠颈动脉栓塞诱导的卒中（CES）模型中显示出优异的溶栓效果

(A) 通过2D激光散斑成像监测的局部脑血流量 (rCBF) 的代表性图像在栓塞中风之前 (基线) 以及栓塞后5分钟，第1小时，第3小时，第6小时，第10小时和第24小时用盐水，阿替普酶，ΔtPA-HSA或TriF-ΔtPA。(C) 栓塞性卒中后24小时内根据Longa评分量表对神经功能缺损进行评分，每组n = 5。在栓塞性卒中后24小时分别用盐水，阿替普酶，ΔtPA-HSA和TriF-ΔtPA处理的雄性ICR小鼠中，代表性TTC染色的冠状切片 (D) 和梗塞体积 (E)。

作者在文中应用了激光散斑成像以实时监测脑血流量 (CBF)，并比较缺血性半球和非缺血性半球。如图A和B所示，在生理盐水、阿替普酶、TriF-ΔtPA和 ΔtPA-HSA的四组之间，基线区域CBF (rCBF) 没有显著差异，表明所有组的小鼠都经历了大致相同程度的缺血。盐水处理的小鼠在24小时内维持持续的脑闭塞，灌注低。注射阿替普酶后3小时，缺血区域的血流开始逐渐恢复，并在24小时恢复到基线的约60%。ΔtPA-HSA treated小鼠的血液供应也在3小时开始恢复；然而，在同一时间点，rCBF显著高于阿替普酶处理组。Trif -ΔtPA表现出最高的溶栓效率，因为治疗后1小时血流开始恢复。在随后的每个时间点，TriF-ΔtPA处理的小鼠的rCBF显著高于其他三组。此外，使用TriF-ΔtPA的溶栓治疗在24小时几乎达到了完全再灌注。

实验结论

TriF-Δ tPA具有持续的纤维蛋白水解活性、优异的PAI-1抗性和更长的血液循环半衰期。在急性缺血性脑卒中的小鼠模型中，TriF-Δ tPA具有非常出色溶栓效果，且没有全身出血的副作用。因此，TriF-Δ tPA有可能被开发为一种新型的脑卒中血栓溶解药。

文献来源：Xu, Yanyan, et al. "A triple fusion tissue-type plasminogen activator (TriF-ΔtPA) enhanced thrombolysis in carotid embolism-induced stroke model." International Journal of Pharmaceutics 637 (2023): 122878.

激光散斑血流仪

激光散斑血流成像系统采用激光散斑技术，可以对组织血流进行连续监测，具有非接触、无创伤、快速成像等优点。可用于记录由于皮肤营养和体温调节等因素引起的毛细血管、微静脉和微动脉中的血流变化，如脑皮质血流、海马血流、肠系膜血流、肝血流、肾血流、脾脏血流等各组织血流量、流速、组织血氧测定。被广泛应用缺血再灌注研究、微循环功能研究以及炎症、水肿、出血、过敏、休克、肿瘤、组织损伤等研究。

产品优势

无需造影处理

专业激光散斑成像技术，无需扫描、非接触

连续记录数个小时

仅仅3M的单个输出文件，满足连续记录的要求

毫秒级响应速度

200ms内快速响应血流变化，捕捉高速血流图像

灵活的 ROI 和 TOI

能够分析任意时间段、任意区域、任意数量的血流

超高显示分辨率

048*2048 超高清显示，展示血流图像细节

反光处理配置

专利侧向发射光+正向接收光，解决了反光难题

微米级精度

微米级空间分辨率，看清微小血管的血流变化

多种输出方式

可以导出视频、图片、PDF报告等多种格式

软件特点

分屏显示

左边显示原始图像，右边显示血流图像

操作简单

相关图像参数经过数十年经验总结，自动优化，无需自己调整

灵活的 ROI 和 TOI

能够分析任意时间段、任意区域、任意数量的血流

小巧LBF原始文件

后续处理分析像在实验过程中一样更加方便

多种输出格式

视频、图像、图表等都可以自定义

内置标尺

能够任意监测组织部位长度

自动对比

能够以任何 ROI、TOI 为参考进行血流的增量分析

使用流畅

能够连续记录数个小时，输出文件也仅有几个G

内置的十字网格

方便手术过程中进行位置校准

快速导出报表

将图像、数据、表格自动打包生成pdf

软件功能

激光散斑血流仪配备专业数据采集与分析于一体的专业软件，可在软件中进行观测时的数值调整，ROI绘制，并且可自定义数据采集时间与数量，支持对采集数据进行二次ROI、TOI绘制与分析，并一键导出完整的专业分析报告，节约实验报告制作时间，大大提高了实验效率。

使用示例

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