激光散斑血流成像系統(tǒng)11個熱門應用場景，不斷拓展微循環(huán)研究

心臟將血液注入動脈血管后有規(guī)律的收縮將血液推入毛細血管網(wǎng)，在微動脈和微靜脈之間的血液循環(huán)稱之為微循環(huán)。正常情況下，微循環(huán)血流量與人體組織、器官代謝水平相適應，使人體內(nèi)各器官生理功能得以正常運行。微循環(huán)功能障礙或微循環(huán)血流灌注量減少時，營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣不能滿足組織氧化代謝的需要，同時組織器官中的廢物不能及時排出，可導致組織器官功能不全或衰竭，是許多疾病發(fā)生和發(fā)展的重要原因。
 

現(xiàn)代醫(yī)學證明：人體的衰老、高血壓、糖尿病及許多心、腦血管疾病，都與微循環(huán)有密切關系。實時活體組織血流灌注量，作為承接微觀與個體層面的重要層次，不僅能增添數(shù)據(jù)豐富性，也能呼應實驗結果間一致性。

▲RFLSI Ⅲ激光散斑血流成像系統(tǒng)

瑞沃德激光散斑血流成像系統(tǒng)是一款實時監(jiān)測活體器官組織微循環(huán)血流灌注量的成像設備。設備無需與組織接觸，也無需使用任何造影劑就可以實時顯示血流灌注的量化數(shù)據(jù)；內(nèi)置多種算法，通過高空間分辨率、高幀率、低延遲的采集， 以圖片、數(shù)據(jù)、視頻等多維度的采集結果，讓包括神經(jīng)系統(tǒng)，下肢循環(huán)，腸道組織，肝臟、腎臟等在內(nèi)的微循環(huán)研究得心應手，接下來解讀該設備在微循環(huán)領域11個應用場景的具體情況。（篇幅限制，我們挑選了部分應用，后續(xù)其他介紹敬請期待）

1、腦血流監(jiān)測

▲腦皮層血流，ICR
 

腦血流量 (CBF) 的變化是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特征，因此是神經(jīng)科學領域眾多研究的焦點。如腦損傷、腦血管病、血管性癡呆等。激光散斑對比成像 (LSCI) 現(xiàn)已成為一種強大而簡單的實時微循環(huán)成像方法，通過非侵入性的方式以出色的空間和時間分辨率量化血流變化，更好地了解這些事件背后的神經(jīng)生理機制。

2、MCAO模型

▲MCAO后，C57BL/6

大腦中動脈閉塞 (MCAO) 模型是創(chuàng)建中風模型的常用技術之一，傳統(tǒng)方式的弊端是單一的步驟無法準確保證模型的成功率，有一些動物的神經(jīng)癥狀可能與理想的卒中模型是近似的，但是實際的梗死情況卻不盡如此。激光散斑血流成像系統(tǒng)可用于確認已發(fā)生MCA閉塞并發(fā)生缺血。數(shù)據(jù)表明，在成功閉塞后，可以觀察到監(jiān)測的血流量減少 70%-90%。通過成功的手術，可以評估各種療法來評估對卒中恢復的影響。完整記錄從缺血到再灌注到實驗處理因素后血流生理信號變化的全過程，有效控制個體間差異帶來的影響。

3、皮層擴散性抑制（CSD）
腦皮層擴散性抑制 (CSD)，也稱為皮質(zhì)擴散去極化，缺血周邊組織發(fā)生擴散性抑制樣去極化(spreading depression)是組織損害擴大的另一個原因。正常腦組織在遭受各種有害刺激(例如局部使用氯  化  鉀)后均可以誘發(fā)擴散性抑制。皮質(zhì)擴散性抑制會在血管收縮階段引起微血管張力的變化，并伴有相關的過程性損傷風險。腦皮層擴散性抑制和急性的血管栓塞等，這類的評價是動態(tài)的過程，轉(zhuǎn)瞬即逝，常規(guī)離體的方式無法有效觀察急性變化的過程，缺乏有效的數(shù)據(jù)來支持研究。

4、下肢缺血模型（HLI）

▲下肢缺血模型，C57BL/6

下肢缺血模型是一種成熟的血管再生研究動物模型，可用于測試和量化新療法對新血管形成和發(fā)育的影響，例如傷口愈合（加速血管再生），減緩或抑制腫瘤形成的治療（減緩血管再生）等相關研究，該模型被廣泛用于組織工程和再生醫(yī)學、血管生物學和癌癥生物學。通過激光散斑血流成像系統(tǒng)可以定義缺血肢體與非缺血肢體血流評估的感興趣區(qū)域，計算出再灌注比率，可以根據(jù)需要在同一對象上進行長周期的評估，可以量化不同療法的效果。

5、腫瘤微血管

▲4T1乳腺癌，BALB/c鼠

腫瘤在生長過程中依賴于血管的生成，微血管血管在腫瘤生長、進展、侵襲和轉(zhuǎn)移中起到十分重要的作用，對微血管進行抑制成為一些癌癥的潛在治療方式。皮下腫瘤模型是新型抗癌候選藥物體內(nèi)評價非常受歡迎的動物模型。使用免疫缺陷動物品系，將培養(yǎng)的癌細胞皮下植入，約2周內(nèi)會即可形成實體瘤。目前科學家已對多種人和鼠癌細胞系進行了調(diào)整，使其能夠在嚙齒類動物宿主中生長。研究者通過監(jiān)測腫瘤生長和進展，結合腫瘤微血管密度測定，來評估其治療策略的療效。

6、腸系膜微循環(huán)

▲C57BL/6腸系膜血流

腸系膜是研究臟器微循環(huán)的良好部位，膿毒癥和急性腹腔內(nèi)炎癥狀況影響內(nèi)臟循環(huán)目前已獲得普遍共識。低灌注是麻醉和危重病的常見特征。譬如低心輸出量狀態(tài)、血管舒張性或低血容量性休克和腹腔室綜合征 (ACS)。在這種情況下，其他重要器官的灌注通常以犧牲內(nèi)臟循環(huán)為代價來維持�？赏ㄟ^腸系膜微循環(huán)變化來揭示多種疾病的發(fā)病機理、篩選有效藥物、判斷疾病變化及預后等。利用瑞沃德激光散斑技術，能清晰的觀察到腸系膜第五級分支，并進行精確定量。

7、脊髓血流

▲脊髓缺血再灌注，SD大鼠
 

脊髓損傷仍然被認為是一種無特殊治療方法的傷病。人們對脊髓損傷的病因及機制進行了大量的基礎研究和臨床觀察，認識到原發(fā)性脊髓損傷后的繼發(fā)性損害，如缺血再灌注損傷是造成神經(jīng)損傷的一個重要因素，視頻記錄了大鼠脊髓通過打擊器損傷后從缺血到再灌注的完成過程。

8、腎臟血流

▲腎皮質(zhì)缺血再灌注，C57BL/6
 

腎臟是機體最重要的供血器官，腎臟血供占心搏出量的20%，傳統(tǒng)的動態(tài)觀察腎臟微循環(huán)的方式為在活體或者灌流腎中建立腎盂給水動物模型進行研究，這種方式難以符合腎臟的生理狀態(tài)。目前利用激光散斑血流成像系統(tǒng)來評價腎臟微循環(huán)灌注，對腎臟損傷小，結果可靠。

9、耳緣靜脈

▲耳緣靜脈，SD大鼠

當機體受到某些物理和化學因素的作用，或本身有創(chuàng)傷和感染時，會引起機體免疫和代謝功能發(fā)生改變，造成體內(nèi)凝血和抗凝血系統(tǒng)功能紊亂，最終導致血栓形成。臨床上血栓性疾病對患者危害極大，甚至可危及人的生命，所以加強血栓形成機制、血栓臨床診斷、抗血栓藥物方面的研究具有重要意義，這些研究均需要建立理想而實用的血栓動物模型。

10、雞胚尿囊膜微血管

▲13日齡雞胚絨毛尿囊膜血管

在雞胚胎發(fā)育過程中，CAM 是由尿囊的中胚層與絨毛膜的中胚層融合形成的。它是一種高度血管化、無神經(jīng)支配的胚胎外膜，使其成為研究血管生成和腫瘤生長的理想基礎模型。

對于血管再生研究，可以局部遞送各種生物分子和藥物并研究它們的血管生成效果。對于癌癥模型，可以將各種類型的細胞移植到 CAM 中以促進腫瘤生長。這為研究許多不同的癌癥腫瘤形成提供了一個相對簡單的模型，并可進一步評估新的治療藥物和治療方式。

11、皮膚的血流監(jiān)測

皮膚的血流監(jiān)測，在針灸、化妝品開發(fā)、過敏、皮膚損傷愈合的應用十分普遍。這類研究通常會伴隨不同的療法造成皮膚微循環(huán)的改變。可以利用分析軟件在皮膚的不同區(qū)域進行區(qū)域標記以量化實驗前后的對比數(shù)據(jù)，各個不同的感興趣區(qū)域之間也可以進行對比，最多支持20個ROI區(qū)域，通過血流灌注數(shù)據(jù)結合血流灌注圖像來評估療效。

【參考文獻】
1.J. Strong, E. L. Bezzina, P. J. Anderson, M. G. Boutelle, S. E. Hopwood, and A. K. Dunn, Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2006)

2.Chen J , Wang L , Xu H , et al. Meningeal lymphatics clear erythrocytes that arise from subarachnoid hemorrhage[J]. Nature Communications, 2020, 11(1).

3.郭鷂, 任東青. 微循環(huán)基礎與實驗方法[J]. 第四軍醫(yī)大學出版社, 2005.

4.Long C , Liu M , Tian H , et al. Potential Role of Platelet-Activating C-Type Lectin-Like Proteins in Viper Envenomation Induced Thrombotic Microangiopathy Symptom[J]. Toxins, 2020, 12(12):749.

5.R Li, Shen Y , Li X , et al. Activation of the XBP1s/O-GlcNAcylation Pathway

6.X Zhu, Chen Y , X Xu, et al. SP6616 as a Kv2.1 inhibitor efficiently ameliorates peripheral neuropathy in diabetic mice[J]. EBioMedicine, 2020, 61:103061.

7.Cong R , Sun L , Yang J , et al. Protein O-GlcNAcylation alleviates small intestinal injury induced by ischemia-reperfusion and oxygen-glucose deprivation[J]. Biomedicine & Pharmacotherapy, 2021, 138(5):111477.

8.Fang F , Liu M , Xiao J , et al. Arterial Supercharging Is More Beneficial to Flap Survival Due to Quadruple Dilation of Venules[J]. Journal of Surgical Research, 2019, 247.

9.Yang Y, Tian Y, Guo X, Li S, Wang W, Shi J. Ischemia Injury induces mPTP opening by reducing Sirt3. Neuroscience. 2021 Aug 1;468:68-74. doi: 10.1016/j.neuroscience.2021.06.003. Epub 2021 Jun 11. PMID: 34119577.

10.Tian, Liu, Li, et al. Snake C-Type Lectins Potentially Contribute to the Prey Immobilization in Protobothrops mucrosquamatus and Trimeresurus stejnegeri Venoms[J]. Toxins, 2020, 12(2):105.