科研进展简报

cryoMOST实现无标记获取全脑老年斑分布

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:    发布时间:2017年10月19日

“老年斑”是脑灰质中β淀粉样蛋白的胞外沉积,被普遍认为是阿兹海默症的一种主要病理特征。这些老年斑在患者大脑中非正常形成,并随着病程的加剧而逐渐扩散到整个脑区。观察其在大脑中的分布和发展对于阿兹海默症的病理研究极其重要。目前,学界已有多种成像方法用于老年斑成像。正电子发射断层扫描(PET)、核磁共振成像(MRI)都可实现活体观察,但是分辨率不高,难以获得老年斑显微形态的细节。光声成像可以达到光学分辨率和声学成像深度的活体观察,却需要外源性造影剂,可能会干扰机体的代谢活动。活体双光子技术可以同时实现无标记、活体和光学分辨率,但仅能对样品表层成像,无法获得全脑的老年斑分布信息。

       针对以上问题,光电国家实验室生物医学光子学实验室骆清铭教授领衔的VBN团队袁菁教授等人利用超低温下老年斑自发荧光显著增强的现象,提出了一种低温显微光学断层成像系统(cryo-MOST:cryo-micro-optical sectioning tomography)实现无标记、光学分辨率的全脑范围老年斑成像。样品被浸没在液氮中,逐层切削成像。整个过程均在液氮的超低温中进行,从而提升了老年斑的自发荧光强度,实现无标记成像。光学分辨率和全脑成像使得观察精细的老年斑形态分布特征成为可能。同时,该系统的样本冷冻处理方法简易,无需染色标记,最大限度保证了样本形态和代谢活动的真实性。Cryo-MOST与传统免疫组化染色老年斑的双阳性概率达到0.91。通过研究老年斑在全脑的分布和阿兹海默症的联系,将有可能加深对阿兹海默症病理的理解,加速其治疗药物的开发。该工作有望成为研究神经变性疾病的全脑病理发展和评价有关药物的重要工具。

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图1 AD转基因鼠全脑老年斑分布

         2017年10月17日,该研究成果“Label-free brainwide visualization of senile plaque using cryo-micro-optical sectioning tomography”发表在OSA旗下权威期刊Optics Letters(Volume 42, Issue 21, 4247-4250, 2017)杂志上,被OSA News Release进行了同步Highlight特别报道,并同时被OSA在其Twitter, Facebook和LinkedIn宣传平台转发推荐。该项研究得到国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ030260)、国家自然科学基金创新群体(61421064)的资助。我校为第一论文单位,袁菁教授为论文通讯作者,工程科学学院14级本科生骆依林和光电实验室王安乐博士为论文共同第一作者。VBN团队龚辉教授参与共同指导,刘萌萌硕士、雷甜硕士、中科院药物所蒋华良教授、高召兵教授及张小川博士生为共同作者。