11月26日，浙大城市学院脑与认知研究院双聘教授/浙江大学医学院白瑞良团队与中国科学院生物物理研究所薛蓉团队合作在中科院1区期刊Fluids and Barriers of the CNS在线发表了最新研究成果：Relaxation-exchange magnetic resonance imaging (REXI): a non-invasive imaging method for evaluating trans-barrier water exchange in the choroid plexus, 文章提出了一种评估脉络丛跨屏障水交换的非侵入性成像方法，利用脉络丛组织与脑脊液的横向弛豫时间差异，实现对脉络丛内水分子溢出至脑脊液速率的无创、定量、非造影剂依赖测量，从而为脉络丛功能的量化提供潜在生物标志物。
脉络丛（choroid plexus）位于哺乳动物脑室之中，负责脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）的产生，并形成血液脑脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid barrier, BCSFB）。作为脑脊液循环的关键组成部分，脉络丛的功能紊乱可能会导致大脑发育异常、脑积水和特发性颅内高压等疾病。本文提出了一种新型的非造影剂依赖的磁共振成像方法，即弛豫交换成像 (Relaxation-exchange magnetic resonance imaging, REXI)，用于脉络丛内水分子溢出至脑脊液速率的定量测量。REXI序列具有过滤模块（filter block，持续时间为TEf）、混合模块（mixing block，持续时间为tm）和具有多回波采集的检测模块（detection block）。由于脉络丛组织的横向弛豫时间（T2）比CSF的T2要短得多（分别约为40ms和270ms），通过调整TEf的大小，可以较大程度地抑制脉络丛组织的磁化矢量，同时对CSF磁化矢量的影响较小。假设水分子交换主要发生在混合模块中，通过增加tm，具有短T2的脉络丛组分占比将逐渐恢复，进而拟合得到脉络丛跨屏障水分子交换速率。
为了验证REXI方法的有效性，研究人员首先利用尿素水溶液进行初步测试。通过改变pH可以对水和尿素之间的质子交换速率进行调控，且REXI成功检测到水和尿素交换速率随pH的变化，证明REXI具备测量质子交换的能力。随后，研究人员发现在大鼠脉络丛中，多层多回波序列（MSME，相当于仅施加检测模块的REXI）信号强度表现出明显的双指数衰减。且REXI能够显著抑制脉络丛信号，证明了过滤模块的有效性。同时研究人员观察到脉络丛组织成分占比随tm的增加而恢复，且该过程可以由双室交换模型进行准确拟合。进一步的重复测量分析显示，REXI 在测量脉络丛内水分子溢出至脑脊液速率（kbc）方面具有很高的可重复性。最后，研究人员通过向大鼠注射乙酰唑胺（一种非特异性碳酸酐酶抑制剂，可降低CSF分泌速率），通过REXI测量观察到脉络丛内水分子溢出至脑脊液速率（kbc）降低了66%（p = 0.0012），证明其在测量脉络丛脑脊液分泌功能的敏感性和特异性。
综上所述，研究人员通过创新性地提出REXI序列及相关的磁共振信号生物物理模型，实现对脉络丛内水分子溢出至脑脊液速率的无创且无需造影剂的定量测量，同时讨论了脉络丛跨屏障水交换与脉络丛功能之间的联系，从而为脑类淋巴循环等脑脊液循环系统及相关疾病的基础研究及临床转化提供一种新型影像学工具。
博士生邬雪涛和博士生何清平为共同第一作者，我校脑与认知研究院李卫云老师也参与了该项研究。脑与认知研究院双聘教授、浙江大学医学院、教育部脑与脑机融合前沿科学中心白瑞良教授和中国科学院生物物理研究所脑与认知科学国家重点实验室薛蓉研究员为共同通讯作者。本项研究中采用的9.4T小动物核磁共振成像技术在浙大城市学院脑与认知研究院完成。研究院专注于脑内情绪和认知信息处理，依托神经网络的完整性，深入研究各级神经环路的整合机制。通过建立神经与认知科学动物行为学研究中心、神经科学影像学中心和神经科学分子与细胞生物学平台，旨在推动神经、精神与心理疾病研究，并培养相关领域的创新人才。
来源:浙江大学医学院白瑞良团队
审核:曾玲晖
