EBioMedicine | 超分辨率超声成像揭示阿尔茨海默病小鼠模型随疾病进展的颞叶脑血管变化

文摘   2024-10-07 11:10   中国香港  

2024.09.16.深圳大学研究团队在《EBioMedicine》(IF=9.7)上发表文章 “Super-resolution ultrasound imaging reveals temporal cerebrovascular changes with disease progression in female 5×FAD mouse model of Alzheimer's disease: correlation with pathological impairments”,研究阿尔茨海默病(AD)小鼠模型中脑血管的变化,通过超分辨率超声成像技术揭示了脑血管功能障碍与疾病进展的时空关系。



AD与脑血管功能:AD是一种神经退行性疾病,其病理特征包括β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块沉积和神经纤维缠结,血管功能障碍是AD的核心特征之一,脑血管功能改变与Aβ负荷相关,影响认知功能。


成像技术现状:磁共振成像(MRI)分辨率有限,光学成像技术分辨率高但穿透能力弱,组织学检查是诊断的金标准,但无法揭示血流动力学信息。超声定位显微镜(ULM)技术能够以微米级分辨率对脑血管进行成像,提供结构和功能信息,但在AD研究中缺乏对疾病进展过程中脑血管时空变化的探索。


本研究应用ULM技术对转基因5×FAD小鼠模型从早期到晚期的脑血管变化进行成像,揭示脑血管功能障碍与AD进展的时空关系,为AD的病理生理研究提供新的见解。


超声定位显微镜(ULM)成像采集和数据处理示意图


雌性5×FAD小鼠和4月龄、7月龄和12月龄年龄匹配的非转基因同窝小鼠的脑血管系统的体内超分辨率超声图像和血管密度定量


艾伦脑图谱中由红框勾勒出的特定大脑区域内脑血管的放大视图


5×FAD小鼠和非转基因(非Tg)小鼠的面内流速图


  • 动物模型:选择5×FAD小鼠模型,与雌性小鼠交配,繁殖出5×FAD小鼠和同窝非转基因小鼠。将不同月龄的雌性小鼠分为三组,进行超声成像和组织学分析。

  • 血管功能障碍的时空特征:ULM成像技术揭示了AD小鼠模型中脑血管功能的时空障碍,从早期的压后皮质(retrosplenial cortex, RSC)开始,逐渐扩展到视觉皮质和海马体,表现为血管密度和血流速度的降低。

  • 血管与Aβ病理的关系:血管变化与Aβ负荷呈负相关,与BBB破坏相关,表明血管功能障碍在AD的病理生理过程中起着重要作用。

  • 研究局限性技术限制:ULM技术依赖于微泡的随机分布,导致图像重建的随机性和定量指标的不确定性,同时在高分辨率成像和组织匹配方面存在挑战。

  • 动物模型限制:5×FAD小鼠模型可能无法完全模拟人类AD的病理生理特征,且研究仅包括雌性小鼠,未考虑性别差异。

  • 实验操作限制:颅骨开窗手术可能会影响小鼠的心血管灌注,麻醉药物的选择也可能对脑血管血流产生影响。

番茄凝集素注射标记的内皮细胞的组织学染色以及ULM图像和组织学图像获得的血管密度的相关性分析


5×FAD小鼠和年龄匹配的非转基因(非Tg)同窝小鼠在不同阶段的皮质穿通小动脉的结构和功能变化

Aβ病理学的免疫荧光染色以及从ULM图像获得的血管指标和源自组织学图像的淀粉样蛋白负荷的相关性分析


5×FAD小鼠不同阶段血脑屏障完整性的受损情况


本研究通过高分辨率的体内脑血管成像,揭示了AD进展过程中的重要时空功能障碍,为进一步理解AD的病理生理机制提供了重要依据。未来的研究需要进一步改进成像技术和动物模型,以更全面地了解AD的血管病变。

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DOI: 10.1016/j.ebiom.2024.105355



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