時域體內熒光成像技術應用于實驗性腦中風血腦屏障的動態分析
摘要
腦缺血后血腦屏障可用于傳遞顯像劑和療法進入大腦。本研究的目的一是建立新的體內光學成像方法，用來縱向評價血腦屏障，二是評價經過短暫的局部腦缺血后血腦屏障的大小選擇和時間模式。使用體內時域光學近紅外成像技術來評價血腦屏障的滲透性，經過60分鐘或20分鐘短暫的大腦中動脈閉塞（MCAO）和不同時間的再灌注（長達14天），不論使用Cy5.5（1kDa）還是Cy5.5與牛血清蛋白（BSA）聯合使用（67kDa）都表現出對比度增強。體內成像的觀察同時用體外大腦成像和熒光示蹤劑外溢的顯微觀察來驗證。Cy5.5體內光學對比度增強的空間要大于實用BSA-Cy5.5。進過短暫的20分鐘的MCAO后的縱向研究表現出雙向的缺血屏障，身體同側半球表現明顯，7天達到頂峰，缺血后14天后恢復。BBB大分子和小分子區域的不同，可以潛在的應用于替代成像標記物，來評價梗塞前組織，這樣可以用來選擇神經保護療法的適宜大小。
靜脈溶栓是治療急性缺血性中風的唯一方法，在發病3小時之內治療療效最佳。神經保護療法的目的是緩解組織損害或延長3小時溶栓治療沒有明顯的臨床療效的存活時間。這一問題由于缺乏臨床實驗證據而會更加嚴重，這些療法通過完整無缺的或受損的血腦屏障進入大腦靶目標。
成像技術的加速發展能夠加速嚴重的缺血性中風的治療，可以作出更精確的初步評價，能夠更好的選擇和監視經過溶栓的患者，更好的使病人分階段進行臨床治療。CT和磁共振成像（MRI）用于常用于臨床，分子成像技術（單光子發射計算機斷層成像術和正電子發射斷層成像術及MRI分子影像）目前在評價急性腦中風患者時還有一定的局限性，這是因為缺乏神經病學的分子替代物和分子成像顯影劑。最近，中風的亞急性階段炎癥的成像的應用結果表明，超小順磁性氧化鐵（USPIO）納米微粒可作為巨噬細胞MRI對比劑。光學成像技術在評估腦灌注/氧化的作用目前局限于近紅外光譜分析，通過進行組織熒光團（(血紅蛋白和細胞色素aa3)吸收紅外線進行大腦氧化的非侵評價。而常因缺乏組織滲透性和高光散色而阻礙光學成像技術的應用。在一定程度上這一局限性可以通過近紅外光緩解，允許更深的組織滲透性，可以滲透數厘米，并且可以通過熒光而不是他的密度來分析時域光學特征。探針的熒光壽命(t)是指探針從激發態回到基態的時間。熒光壽命是探針內在的參數，不受探針濃度的影響，但是對組織微環境敏感。
大腦毛細血管內皮控制血液和大腦軟組織分子的交換。血腦屏障有重要的臨床意義，因為許多腦部疾病，包括中風，與不同分子大小的滲透性增加相關，從而導致血管源性水腫；此外，血腦屏障限制藥物進入大腦，通過緊密的連接和主動轉運通過ABC輸送。因此，非侵研究大腦缺血屏障區域分布，大小選擇和時間動力學有助于確定系統的治療方法在發展過程中或疾病進展到達目標薄壁組織。本研究的目的是證實時域光學體內成像技術的發展和實用性，有或沒有光學圖像對比度增強，檢測或定位中風包括大腦注入，確定中風實驗模型中動力學以及血腦屏障的程度。
材料和方法
大腦中動脈閉塞的老鼠
所有使用的動物都是被動物保健委員會制度認可的并且遵循加拿大動物保健委員會的指導方針。雄鼠CD-1（23-25g）從查爾斯河獲得并在當地繁殖。使用含有1.5%異氟醚和含有69%N2O和30%O2終濃度為1.0%的異氟醚的噴霧器進行麻醉誘導。使用內部發光細絲進行左側大腦中動脈閉塞。簡單地說就是用一個11毫米的涂有硅酮的尼龍線插入到一只麻醉的老鼠左頸動脈，直接進入頸內動脈顱外段，直到它堵塞了血液流向大腦中動脈(MCA)。20或60分鐘缺血之后，動物被短暫的麻醉。
顱血流量的測量采用先進的激光流量計（ALF21，
ADVANCE有限責任公司，日本東京)。簡單的說，就是使用異氟醚麻醉之后皮膚覆蓋顱腦收縮。利用0.5毫米光纖探針通過完好無損的顱骨，通過MCA對大腦皮層由右至左半球大約7毫米側面到中部和2毫米后部到前囟精確定位。基線血流(腦血流量值)被定義為100%的流動和采取立即開始前頸內動脈閉塞的外科手術。MCAO開始測量后，在10、20、40、50
和59分鐘讀數。額外讀數資料都被去除，大約是65
,80,100,120分鐘后的測量。小鼠在整個實驗過程中保持全身麻醉，使用恒溫的毯子使身體(直腸)溫度維持在37度和38度。生理參數測定，包括血壓、血液氣體、酸堿度。另外一只老鼠進行模擬手術,對其進行同樣的腦部手術,但是沒有進行MCAO,作為對照。在不同的再灌注時間（長達14天）來分析經過短暫的血腦屏障滲透性和大腦注入的結果。