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《ADVANCED SCIENCE》
伤口愈合是一个高度协调的过程，其中新血管的形成至关重要。目前，由于缺乏合适的成像工具，对哺乳动物组织在血管再生、血管成熟和重塑过程中的动态变化了解有限。为了解决这一问题，本文提出了一种无标记的大范围活体光声显微成像系统，能够快速、无创地对宽达 50 毫米的大面积组织进行体积成像，穿透深度可达 1.5 毫米。在愈合过程中，该系统以毛细血管级别的分辨率对小鼠背部皮肤和全层切除伤口中的血管网络进行成像，揭示了在未受干扰的伤口环境中血管生成过程的细节。该系统为组织工程和再生医学的临床前研究提供了一个多功能工具，能够进行无标记、纵向、高通量和定量的微循环研究，适用于正常和受损血管重塑相关的过程，并可用于分析血管对体内药物干预的反应。
研究重点
伤口再生过程通常包括四个阶段：止血、炎症、增殖和重塑。在这些阶段中，皮肤微血管系统发挥着核心作用，因为它控制着流向损伤部位的血流，从而促进氧气和营养物质的分布，并介导炎症反应和新组织的形成。然而，伤口血管化缺陷是导致病理愈合困难的主要因素，常引发慢性溃疡等并发症。因此，准确评估伤口愈合和组织再生对于制定和测试最佳治疗策略至关重要，而非侵入性体内成像技术为此提供了重要信息。
尽管皮肤伤口较浅且易于接近，但哺乳动物伤口中微血管网络的可视化仍面临挑战。例如，共聚焦显微镜（CFM）、双光子显微镜（TPM）和光学相干断层扫描（OCT）等技术能够提供高分辨率的图像以观察活体皮肤中的血管生成，但它们受限于对造影剂的需求以及焦深（DOF）和视场（FOV）的限制，难以全面研究整个伤口及其周围的新生血管网络。近年来，激光散斑、超声（US）和磁共振成像等技术已用于纵向伤口成像研究，但它们缺乏通过毛细血管成像新血管生成所需的分辨率和特异性，从而无法捕捉伤口血管生成的关键细节。
图1. 大范围活体光声显微成像系统和 3D 打印支架用于无创、无标记、纵向监测小鼠背部皮肤的伤口愈合。
活体光声显微成像系统具有高分辨率和穿透深度的优势，且可以有效利用血管中的血红蛋白进行成像，使小鼠毛细血管网络重构可视化。本文开发了一种基于大范围活体光声显微成像系统的方法，首次实现了对非损伤和损伤小鼠背部皮肤中血管的长期可视化。该系统基于体积成像技术，用于监测与伤口愈合各阶段及毛细血管处组织再生相关的血管结构特征，为微循环分析提供了一个宝贵的工具，并为血管成像面临的众多挑战提供了有吸引力的解决方案。
图2. 小鼠完整和受伤背部皮肤的多尺度活体光声显微成像。
图2 展示了小鼠完整和受伤背部皮肤的深度编码、大范围光声显微图像。首先对小鼠背部的特定区域进行成像，然后引入全层伤口，并在 5 天后同一区域的图像。可以发现伤口已经开始部分收缩，伤口边缘附近形成了一个曲折的毛细血管网络，并且浅层血管直接在伤口边缘附近和向伤口中心生长。该实验结果展示了小鼠背部皮肤在伤口愈合过程中血管新生和重塑的动态变化，揭示了伤口边缘附近毛细血管的形成和血管网络的扩展。
图3. 使用活体光声显微成像系统对 SKH 1 小鼠皮肤伤口愈合过程中的血管新生和重塑进行长期观察。
图3 展示了小鼠伤口愈合过程中不同时间点（5、7、10和 13 天）的活体光声显微图像和相应时间点的组织切片染色图像。观察图像可以发现，在 5 天时，血管新生主要限于原始伤口边缘附近的小口径血管，组织学上观察到高度分枝的、萌芽的浅层毛细血管、伤口边缘附近的小动脉以及伤口中心几乎没有血管。从 7 天开始，伤口血管开始向伤口中心对齐，在组织学上也观察到伤口边缘周围被血管平滑肌细胞包围的小动脉。在 10 天时，宏观伤口闭合完成，血管重塑持续进行，在活体光声显微图像和组织学图像中都可见到更对齐的成熟血管。在 13 天时，血管新生完成，整个伤口闭合，组织学上在伤口边缘和伤口中心都可见到成熟的血管。总体而言，活体光声显微成像可以实现皮肤伤口愈合过程中血管新生和重塑的动态观察和分析，在组织工程和再生医学领域具有广阔的应用前景。
论文信息：
Long-Term Imaging of Wound Angiogenesis with Large Scale Optoacoustic Microscopy
原文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202004226
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