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，免疫細胞（以綠色標(biāo)示）迅速反應(yīng)并轉(zhuǎn)移至受損位置

免疫細胞迅速從稍遠位置轉(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)的研究團隊研發(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)的重要生物過程，從而為更好的理解脊髓損傷的病理以及開發(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)細胞。脊髓損傷往往造成毀滅性及無法逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)創(chuàng)傷，從而可能導(dǎo)致終身殘疾和癱瘓，無法治愈。

通過成像來了解脊髓的功能及其對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)的情況下對脊髓進行細胞水平的生物觀察。傳統(tǒng)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)展過程，對疾病研究產(chǎn)生干擾。

如今，由科大電子及計算機工程學(xué)系教授瞿佳男和生命科學(xué)部副教授劉凱領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊展示了一種新的活體脊髓成像方法，實現(xiàn)了對小鼠脊髓長期，多次，穩(wěn)定，高分辨率且無免疫反應(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行成像，同時他們保留了背側(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)險大大降低，但同時也降低了成像質(zhì)量：因為這層韌帶組織會帶來光學(xué)散射，并降低了光學(xué)成像的穿透深度。

為了解決這個問題，他們使用了一種得到FDA認證的無毒試劑－碘克沙醇進行成像窗口的光學(xué)清除，并成功的增加了整個窗口的透明度，從而使圖像對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)使得研究人員們在去除較少脊髓背側(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)，使得該研究團隊在長達167天的時間里對脊髓進行了15次的高分辨無免疫反應(yīng)成像。

通過這種椎間光學(xué)清除窗口進行成像，該研究團隊研究了在神經(jīng)元軸突退化過程中小膠質(zhì)細胞和受損軸突的動態(tài)變化，并且觀察到了小膠質(zhì)細胞和受損軸突近端朗飛結(jié)的增強接觸，從而為研究在神經(jīng)元健康和受損狀態(tài)下免疫細胞和神經(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>

“考慮到對脊髓進行長期多次成像的困難，這個新活體脊髓成像技術(shù)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?！?瞿佳男教授說道。瞿佳男教授作為光學(xué)科學(xué)工程領(lǐng)域的專家，對用線性和非線性光學(xué)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(jīng)驗。

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