Theranostics：組織透明微血管“導航”成像技術突破腦卒中診斷瓶頸
華中科技大學朱丹團隊在《Theranostics》（2023年第13卷第1期）發表研究，開發了一種基于雙熒光標記和組織透明化的三維微血管成像技術。通過在小鼠缺血再灌注模型中注射兩種不同顏色的番茄凝集素（分別標記所有血管和功能性血管），結合iDISCO+組織透明化技術和光學成像，首次實現了缺血后微血管阻塞的三維可視化。研究發現，微血管阻塞隨時間逐漸加重，同時涉及小動脈和毛細血管，其中毛細血管阻塞與管腔狹窄及中性粒細胞滯留密切相關，且中性粒細胞主要通過加劇管腔狹窄而非直接栓塞導致阻塞。
重要發現
01雙熒光標記策略：精準定位阻塞血管
傳統方法難以區分“存在但不流通”的血管與“正常流通”的血管。朱丹團隊設計了一種“時間差”標記法：
紅色凝集素：在缺血前注射，標記所有存活的血管（無論后續是否通暢）；
綠色凝集素：在再灌注后注射，僅標記仍有血流通過的功能性血管。
原理：若某段血管僅顯紅色，說明其在缺血后阻塞，無法讓綠色凝集素流過——這便是“微血管阻塞”的直接證據。通過這種方法，研究團隊在小鼠大腦中清晰識別出僅含紅色信號的阻塞血管，主要分布在紋狀體（比皮層更嚴重），證實了缺血核心區的微血管損傷差異。
02iDISCO+組織透明化：從“混沌腦塊”到“透明標本”大腦組織本身不透明，傳統切片成像僅能獲取二維信息，且易遺漏深層結構。研究團隊對比了多種透明化技術（如CUBIC、PACT、uDISCO等），最終選擇iDISCO+，因其能最大程度保留熒光信號、維持組織形態，且透明速度快。
流程：固定后的腦組織經甲醇脫水、過氧化氫漂白、二氯甲烷脫脂，最終浸泡在二芐醚（是一種用于組織光學透明化處理的溶劑）中，變得近乎透明。
效果：結合共聚焦顯微鏡或光片顯微鏡，可對1毫米厚的腦塊或全腦進行三維成像，清晰呈現皮層和紋狀體的血管網絡，甚至能分辨直徑僅數微米的毛細血管。
03三維成像揭示阻塞動態：從“局部卡頓”到“全局癱瘓”
通過對不同再灌注時間（0.5小時、2小時、6小時）的小鼠大腦成像，發現：
阻塞范圍隨時間擴大：從下游毛細血管逐漸向上游小動脈蔓延，6小時時阻塞血管體積較0.5小時增加近3倍；
阻塞位置多樣化：不僅發生在有平滑肌細胞標記（αSMA抗體）的小動脈，也出現在無平滑肌的毛細血管，且毛細血管阻塞處的管腔直徑顯著縮小。
04中性粒細胞的“幫兇”角色：擠窄血管而非堵死通道以往研究認為中性粒細胞像“塞子”一樣直接栓塞毛細血管，但朱丹團隊的三維成像發現：
多數阻塞點無中性粒細胞：在78個阻塞點中，56個未見中性粒細胞，說明栓塞并非主要機制；
中性粒細胞加劇管腔狹窄：在有中性粒細胞的阻塞點，細胞被壓縮成“爪狀”，緊貼狹窄的血管壁，且周圍血管壁細胞（如周細胞）的細胞核呈現收縮形態。進一步實驗顯示，用抗體清除中性粒細胞后，毛細血管直徑恢復正常，阻塞程度顯著減輕。
用抗Ly6G抗體治療后I/R后缺血核心和腦微循環中中性粒細胞的微血管阻塞減少
血管直徑的量化
創新與亮點
01從“平面”到“立體”：破解腦深部成像難題傳統光學顯微鏡只能觀察皮層表面血管，而臨床中風患者的深部核團（如紋狀體）常受累更重。本研究通過iDISCO+透明化和全腦三維成像，首次實現了對大腦深層微血管的系統性分析，發現紋狀體阻塞程度是皮層的2倍以上，為解釋臨床“大血管通而深部組織仍梗死”提供了直接證據。
02從“靜態”到“動態關聯”：細胞-血管互作一目了然
結合免疫標記（如αSMA區分動脈/毛細血管、Ly6G標記中性粒細胞）和三維重建，研究團隊能精準定位阻塞點與細胞的關系。例如，通過疊加血管（紅/綠）、中性粒細胞（紫）和細胞核（藍）的信號，清晰看到中性粒細胞如何卡在狹窄的毛細血管中，以及周細胞收縮如何“掐窄”血管——這種“空間關聯分析”是傳統二維切片無法實現的。
03從“現象描述”到“機制突破”：重新定義中性粒細胞作用
該研究推翻了“中性粒細胞主要通過栓塞導致無復流”的傳統觀點，證實其核心危害是通過釋放活性氧等物質，加劇周細胞收縮和血管狹窄。這為靶向治療提供了新方向：相比“清除中性粒細胞”，“抑制周細胞收縮”或“改善血管彈性”可能更有效。
總結與展望
朱丹團隊的這項研究，通過“雙標記+透明化+三維成像”的組合拳，為缺血性中風的微血管研究打開了新視野。其核心價值不僅在于揭示了“血管狹窄+中性粒細胞協同致病”的機制，更在于提供了一套可重復、可量化的技術平臺——未來可用于：
藥物研發：快速評估抗狹窄或抗中性粒細胞藥物對微血管的改善效果；
基礎研究：解析其他神經疾病（如阿爾茨海默病）中的微血管異常；
臨床轉化：結合熒光分子成像技術，探索活體三維微血管成像的可能性。
當然，目前該技術仍需優化（如縮短透明化時間、提升單細胞分辨率），且小鼠模型與人類中風的差異需進一步驗證。但毫無疑問，這種“眼見為實”的三維成像策略，正在改寫我們對大腦微觀世界的認知。隨著技術迭代，或許有一天，醫生能通過無創三維成像實時監測患者的微血管狀態，讓“無復流”不再成為中風治療的“盲區”。
論文信息
聲明：本文僅用作學術目的。
Li Y, Xu J, Yu T, Zhu J, Xuan A, Liu X, Wang P, Li D, Zhu D. A labeling strategy for the three-dimensional recognition and analysis of microvascular obstruction in ischemic stroke. Theranostics. 2023 Jan 1;13(1):403-416.
DOI:10.7150/thno.76879.
