Micro-CT在肺疾病研究中(zhōng)的應用(yòng)案例

時間：2023-08-17 熱度：536

導語

肺是呼吸系統的主要器官，除了主管呼吸功能(néng)以外還具(jù)備非呼吸性的防禦、免疫及内分(fēn)泌代謝(xiè)功能(néng)等。肺對于我們人類來說至關重要，因此肺部發生的疾病也嚴重威脅着人類健康。由于充氣肺與軟組織之間的高對比度，CT 成像可(kě)以以高空間和時間分(fēn)辨率提供詳細的結構信息，因此比其他(tā)方法更适合用(yòng)于肺部疾病模型的監測。Micro-CT 也即小(xiǎo)動物(wù) CT，是臨床探究肺部疾病的重要影像學(xué)工(gōng)具(jù)。接下來小(xiǎo)編就帶大家了解 Micro-CT 用(yòng)于肺疾病研究中(zhōng)的幾個實例。

Micro-CT 用(yòng)于檢測肺部微環境

肺是乳腺癌最易發生轉移的髒器。但因缺乏有(yǒu)效的治療手段，約60-70%的乳腺癌病人因肺轉移而死亡。一般情況下，乳腺癌進入肺部前，肺部的微環境就會改變。因此，對肺組織微環境進行實時監控，對肺組織的早期診斷及治療具(jù)有(yǒu)重要意義。

圖 1.1 動物(wù)實驗程序流程圖

本課題拟在前期工(gōng)作(zuò)的基礎上，以4T1乳腺癌為(wèi)研究對象，利用(yòng) Balb/c轉基因小(xiǎo)鼠建立4T1乳腺癌的動物(wù)模型。以4T1為(wèi)對照，以正常對照組為(wèi)對照，以micro-CT重複檢查。下表為(wèi)治療第21和28天後的數據。

圖 1.2 肺轉移小(xiǎo)鼠具(jù)有(yǒu)代表性的 Micro-CT 圖像和 H&E 染色。ac CT 圖像和 H&E 染色在部分(fēn) 4T1 荷瘤小(xiǎo)鼠第 21 天檢測到肺轉移。bd CT 圖像和 H&E 染色顯示腫瘤接種第 28 天肺轉移明顯。

結果表明，随著原發竈的增大， CT影像上可(kě)出現較小(xiǎo)且均勻的彌漫影，而在肺部，經 H& E染色後可(kě)見到炎症細胞的浸潤。術後21、28天時，腫瘤組織内均可(kě)見大量炎性細胞浸潤。結論：Micro-CT能(néng)較好地反映肺部腫瘤的微環境及腫瘤的轉移。同時，micro-CT能(néng)夠從整體(tǐ)水平上獲得腫瘤轉移的動态變化，并能(néng)從整體(tǐ)水平上反映腫瘤轉移的動态變化。

Micro-CT 用(yòng)于幹細胞體(tǐ)内示蹤

骨髓間充質(zhì)幹細胞（MSCs）具(jù)有(yǒu)一定的免疫調控功能(néng)，是目前研究的熱點。IFP是一種以成纖維細胞增殖、 ECM沉積為(wèi)主要病理(lǐ)特點的緻死性肺間質(zhì)疾病。鑒于 hMSCs可(kě)望在早期炎症及後期纖維化中(zhōng)起到重要作(zuò)用(yòng)，實現 hMSCs在體(tǐ)内的可(kě)視化示蹤具(jù)有(yǒu)重要意義。金納米粒子 (AuNPs) 由于其顯著的 X 射線(xiàn)衰減系數、良好的生物(wù)相容性以及易于制備和表面修飾的優點，被廣泛應用(yòng)于 MSCs 的 CT 示蹤。以下将介紹 Micro-CT 用(yòng)于 MSCs 示蹤的具(jù)體(tǐ)應用(yòng)，首先列舉三種金納米粒子 CT 示蹤劑：

金納米粒子（AuNPs）

溫度敏感金納米顆粒（TRAuNPs）

PH 敏感金納米顆粒（CPP-PSD@Au）

圖 2.1 IPF 模型小(xiǎo)鼠 MSC 追蹤的實驗方案

本項目拟以 PH敏感的金納米（CPP-PSD@Au）為(wèi)研究對象，通過對博來黴素（BLM）經氣管給藥，建立 IPF動物(wù)模型，并對其進行靶向治療。本研究拟在此基礎上，利用(yòng) BLM誘導一周後，通過氣道注入 BLM标記的骨髓間充質(zhì)幹細胞（MSCs)，并将其植入 IPF小(xiǎo)鼠肺部，通過 CT顯像，實現對 MSCs的示蹤及對肺纖維化進程的監測。

本項目拟在前期工(gōng)作(zuò)基礎上，通過對 MSCs進行分(fēn)子影像學(xué)分(fēn)析，利用(yòng)分(fēn)子影像技(jì )術對 MSCs進行分(fēn)子影像學(xué)分(fēn)析。下面的圖表顯示了3種示蹤物(wù)在 CT中(zhōng)的作(zuò)用(yòng)。

圖 2.2 不同濃度的示蹤劑 CT 成像效果

我們前期研究發現，該探針标記的 MSCs具(jù)有(yǒu)更高的 CT顯像能(néng)力，因此，我們可(kě)以利用(yòng) CT技(jì )術對 MSCs進行活體(tǐ)、實時、定量分(fēn)析，明确 MSCs在 IPF中(zhōng)的生物(wù)學(xué)行為(wèi)及其與 IPF療效的關系。下面的圖片顯示了在 MSCs移植後不同階段肺 CT的影像，顯示了在體(tǐ)内用(yòng)ICro-CT對 MSCs進行了長(cháng)時間、連續的追蹤。

圖 2.3 示蹤劑标記的骨髓間充質(zhì)幹細胞移植後不同天數後的體(tǐ)内 CT 圖像。移植前的肺部圖像作(zuò)為(wèi)對照。

同時大量研究也表明，通過金納米示蹤劑的移植幹細胞的長(cháng)時程、精(jīng)準CT活體(tǐ)失蹤，并結合其他(tā)生物(wù)影像手段，有(yǒu)利于全面深刻的理(lǐ)解疾病治療過程中(zhōng)幹細胞的作(zuò)用(yòng)機制，指導幹細胞的有(yǒu)效、安(ān)全治療，加快幹細胞療法在臨床中(zhōng)的廣泛應用(yòng)，為(wèi)衆多(duō)患者帶來新(xīn)的希望。

新(xīn)型

Micro-CT 用(yòng)于新(xīn)型冠狀病毒的研究

數以萬計的人因為(wèi)新(xīn)冠病毒(SARS-CoV-2）在全球範圍内蔓延而死亡。需要通過創建人體(tǐ)的 SARS-CoV-2 的動物(wù)模型來找到有(yǒu)效果的治療方式。本項目以 SARS冠狀病毒（SARSCoV-2）為(wèi)對象，以野生型小(xiǎo)鼠（WT）為(wèi)對照，以獲得性和固有(yǒu)免疫關鍵組分(fēn)基因敲除（KO）為(wèi)切入點，以野生型小(xiǎo)鼠（WT）為(wèi)對照。同時，将SARS-CoV-2的第四代（P4）及P6代（P6）的培養基用(yòng)原病人的菌株進行了細胞培養。

圖 3.1 SARS-CoV-2 接種計劃示意圖

在該研究中(zhōng)，将幾種野生型（WT)和敲除性小(xiǎo)鼠鼻内接種第四代（P4）SARS-CoV-2毒株。在接種後指定的天數采集肺部信息以測定病毒RNA水平，并對肺損傷進行評定。然後用(yòng)KO倉鼠來評估SARS-CoV-2免疫應答(dá)對肺病理(lǐ)的影響。在感染的野生型（WT）倉鼠中(zhōng)，觀察到以多(duō)形核白細胞浸潤、支氣管肺炎和水腫為(wèi)特征的明顯肺部病理(lǐ)。下圖展示了幾個具(jù)有(yǒu)代表性的橫向顯微ct圖像。

圖 3.2 具(jù)有(yǒu)代表性的橫向顯微 ct 圖像。

黃色箭頭表示肺浸潤，可(kě)見肺實質(zhì)實變。

幹擾素是機體(tǐ)抵禦病毒侵染的第一道天然免疫防線(xiàn)。幹擾素（IFN）通路在SARS-CoV-1等多(duō)種呼吸道病毒抑制宿主在機體(tǐ)内的感染中(zhōng)起着關鍵作(zuò)用(yòng)。實驗結果表明，叙利亞倉鼠對 SARS-CoV-2及由該病毒引起的肺病具(jù)有(yǒu)較高的抵抗力。SARS-CoV-2感染是由SARSCoV-2引起的固有(yǒu)免疫反應異常引起的，其中(zhōng)STAT2介導的 I型和Ⅲ型幹擾素途徑在SARSCoV-2的緻病性中(zhōng)發揮着雙重作(zuò)用(yòng)。