Micro-CT 在新型冠狀病毒及肺疾病研究中的應(yīng)用實(shí)例

導(dǎo)語
肺是呼吸系統(tǒng)的主要器官，除了主管呼吸功能以外還具備非呼吸性的防御、免疫及內(nèi)分泌代謝功能等。肺對于我們?nèi)祟悂碚f至關(guān)重要，因此肺部發(fā)生的疾病也嚴(yán)重威脅著人類健康。由于充氣肺與軟組織之間的高對比度，CT 成像可以以高空間和時間分辨率提供詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息，因此比其他方法更適合用于肺部疾病模型的監(jiān)測。Micro-CT 也即小動物 CT，是臨床探究肺部疾病的重要影像學(xué)工具。接下來小編就帶大家了解 Micro-CT 用于肺疾病研究中的幾個實(shí)例。

01、Micro-CT 用于檢測肺部微環(huán)境
肺是乳腺癌細(xì)胞最常見的轉(zhuǎn)移器官之一。但由于治療方法有限，據(jù)估計，60-70% 的乳腺癌患者死于肺轉(zhuǎn)移。通常來講，在乳腺癌細(xì)胞到來之前，肺的微環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了變化。因此，通過監(jiān)測肺部微環(huán)境進(jìn)行早期診斷和治療干預(yù)是非常必要的。
在本研究中，將 4T1 乳腺癌細(xì)胞接種到 Balb/c 小鼠耦合的腹部乳腺中，建立腫瘤模型。把小鼠分為對照組和 4T1 實(shí)驗組，然后就要用到 Micro-CT（Hiscan XM，Suzhou Hiscan Information Thechnology Co.,Ltd）對接種腫瘤細(xì)胞的小鼠重復(fù)檢查。下圖分別顯示了 21 天和 28 天后實(shí)驗組的肺轉(zhuǎn)移情況。
實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，隨著原發(fā)腫瘤的生長，CT 圖像中有細(xì)微的、均勻的彌漫性混濁，而肺組織的 H&E 染色顯示炎性細(xì)胞浸潤增加。在第 21 天和第 28 天，CT 圖像和 H&E 染色顯示所有荷瘤小鼠都有明顯的炎癥細(xì)胞浸潤。結(jié)果表明，Micro-CT 可以用來觀察肺內(nèi)微環(huán)境的變化和轉(zhuǎn)移情況。此外，與僅提供轉(zhuǎn)移過程快照的組織病理學(xué)分析不同，Micro-CT 還可以捕捉到來自動物的縱向信息。

02、Micro-CT 用于干細(xì)胞體內(nèi)示蹤
骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 由于其免疫調(diào)節(jié)和分化作用，目前正被探索用于特發(fā)性肺纖維化 (IPF) 的治療。IPF 是一種致命的間質(zhì)性肺病，破壞肺的結(jié)構(gòu)和功能，主要特征為成纖維細(xì)胞增生和細(xì)胞外基質(zhì)過度沉積。由于人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有望在早期炎癥和晚期纖維化階段發(fā)揮作用，因此實(shí)現(xiàn)其體內(nèi)持續(xù)追蹤是非常有意義的。

金納米粒子 (AuNPs) 由于其顯著的 X 射線衰減系數(shù)、良好的生物相容性以及易于制備和表面修飾的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于 MSCs 的 CT 示蹤。以下將介紹 Micro-CT 用于 MSCs 示蹤的具體應(yīng)用，首先列舉三種金納米粒子 CT 示蹤劑：
●金納米粒子 (AuNPs)
●溫度敏感金納米顆粒 (TRAuNPs)
●PH 敏感金納米顆粒 (CPP-PSD@Au)
以 PH 敏感金納米顆粒 (CPP-PSD@Au) 作為示蹤劑為例，實(shí)驗主要流程是首先將博來霉素 (BLM) 氣管注射到小鼠體內(nèi)，構(gòu)建特發(fā)性肺纖維化 (IPF) 小鼠模型。BLM 誘導(dǎo)一周后，將標(biāo)記的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞 (MSCs) 經(jīng)氣管內(nèi)注射移植到 IPF 模型小鼠的肺內(nèi)，然后進(jìn)行 CT（Hiscan XM，Suzhou Hiscan Information Thechnology Co.,Ltd）成像，跟蹤移植的 MSCs，同時診斷肺纖維化的進(jìn)展。
為了研究標(biāo)記的 MSCs 的 CT 增強(qiáng)效果，將標(biāo)記的 MSCs 與示蹤劑共同孵育，與未標(biāo)記的 MSCs 相比，經(jīng)標(biāo)記的 MSCs 有較高的 CT 值，便于體內(nèi) CT 成像檢測到標(biāo)記的 MSCs。下圖展示了三種示蹤劑的 CT 成像效果。
實(shí)驗結(jié)果表明，用示蹤劑標(biāo)記的細(xì)胞顯出較強(qiáng)的 CT 成像信號，說明用 CT 技術(shù)可以在體內(nèi)檢測和定量標(biāo)記 MSCs，從而可以通過 CT 成像技術(shù)闡明移植的 MSCs 行為與 IPF 治療之間的關(guān)系。下圖展示了標(biāo)記的 MSCs 移植后不同時期的肺部 CT 圖像，表明借助 Micro-CT 可以長期持續(xù)地跟蹤體內(nèi)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞。
同時大量研究也表明，通過金納米示蹤劑標(biāo)記的移植干細(xì)胞的長時程、精準(zhǔn) CT 活體示蹤，并結(jié)合其他生物影像手段，有利于全面、深刻理解疾病治療過程中干細(xì)胞的作用機(jī)制，指導(dǎo)干細(xì)胞的有效、安全治療，加快干細(xì)胞療法在臨床的廣泛應(yīng)用，為眾多患者帶來新的希望。 

03、Micro-CT 用于新型冠狀病毒的研究
新型冠狀病毒 (SARS-CoV-2) 在世界范圍的持續(xù)蔓延，已經(jīng)導(dǎo)致數(shù)以萬計的人死亡。在尋找有效治療方法時，迫切需要建立人體 SARS-CoV-2 的動物模型。該研究比較了不同譜系的野生型 (WT) 小鼠感染 SARS-CoV-2 的情況，并匹配了具有適應(yīng)性和先天免疫關(guān)鍵成分有敲除 (KO) 的轉(zhuǎn)基因小鼠品系。并且使用原始患者分離毒株，采用細(xì)胞培養(yǎng)第 4 代 (P4) 和 P6 代的 SARS-CoV-2 病毒培養(yǎng)液。
在該研究中，將幾種野生型 (WT) 和敲除型小鼠鼻內(nèi)接種第 4 代 (P4) SARS-CoV-2 毒株。在接種后指定的天數(shù)采集肺部信息以測定病毒 RNA 水平，并對肺損傷進(jìn)行評定。然后用 KO 倉鼠來評估 SARS-CoV-2 免疫應(yīng)答對肺病理的影響。在感染的野生型 (WT) 倉鼠中，觀察到以多形核白細(xì)胞浸潤、支氣管肺炎和水腫為特征的明顯肺部病理。下圖展示了幾個具有代表性的橫向顯微 ct 圖像。
干擾素是對抗病毒感染的第一線先天免疫防御。對于包括 SARS-CoV-1 在內(nèi)的許多呼吸道病毒，IFN 信號（特別是 I 型和 III 型）在限制體內(nèi)感染方面發(fā)揮了重要作用。實(shí)驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與小鼠相比，敘利亞倉鼠更易感染 SARS-CoV-2 病毒和病毒誘導(dǎo)的肺部疾病。在倉鼠中，先天性免疫反應(yīng)失調(diào)是 SARS-CoV-2 發(fā)病機(jī)制背后的驅(qū)動力，其中信號轉(zhuǎn)導(dǎo)器和轉(zhuǎn)錄因子 2 激活因子 (STAT2) 依賴的 I 型和 III 型 IFN 信號在其中發(fā)揮雙重作用：一方面限制感染和傳播，但另一方面推動肺部疾病的惡化。

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