Micro-CT 在肺疾病研究中(zhōng)的應用(yòng)

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。

01

Micro-CT 用(yòng)于檢測肺部微環境
肺是乳腺癌細胞常見的轉移器官之一。但由于治療方法有(yǒu)限，據估計，60-70% 的乳腺癌患者死于肺轉移。通常來講，在乳腺癌細胞到來之前，肺的微環境已經發生了變化。因此，通過監測肺部微環境進行早期診斷和治療幹預是非常必要的。在本研究中(zhōng)，将 4T1 乳腺癌細胞接種到 Balb/c 小(xiǎo)鼠耦合的腹部乳腺中(zhōng)，建立腫瘤模型。把小(xiǎo)鼠分(fēn)為(wèi)對照組和 4T1 實驗組，然後就要用(yòng)到 Micro-CT（Hiscan XM，Suzhou Hiscan Information Thechnology Co.,Ltd）對接種腫瘤細胞的小(xiǎo)鼠重複檢查。下圖分(fēn)别顯示了 21 天和 28 天後實驗組的肺轉移情況。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。

實驗發現，随着原發腫瘤的生長(cháng)，CT 圖像中(zhōng)有(yǒu)細微的、均勻的彌漫性混濁，而肺組織的 H&E 染色顯示炎性細胞浸潤增加。在第 21 天和第 28 天，CT 圖像和 H&E 染色顯示所有(yǒu)荷瘤小(xiǎo)鼠都有(yǒu)明顯的炎症細胞浸潤。結果表明，Micro-CT 可(kě)以用(yòng)來觀察肺内微環境的變化和轉移情況。此外，與僅提供轉移過程快照的組織病理(lǐ)學(xué)分(fēn)析不同，Micro-CT 還可(kě)以捕捉到來自動物(wù)的縱向信息。

02

Micro-CT 用(yòng)于幹細胞體(tǐ)内示蹤

骨髓間充質(zhì)幹細胞 (MSCs) 由于其免疫調節和分(fēn)化作(zuò)用(yòng)，目前正被探索用(yòng)于特發性肺纖維化 (IPF) 的治療。IPF 是一種緻命的間質(zhì)性肺病，破壞肺的結構和功能(néng)，主要特征為(wèi)成纖維細胞增生和細胞外基質(zhì)過度沉積。由于人骨髓間充質(zhì)幹細胞有(yǒu)望在早期炎症和晚期纖維化階段發揮作(zuò)用(yòng)，因此實現其體(tǐ)内持續追蹤是非常有(yǒu)意義的。
 

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：

• 1、金納米粒子 (AuNPs)

• 2、溫度敏感金納米顆粒 (TRAuNPs)

• 3、PH 敏感金納米顆粒 (CPP-PSD@Au)

以 PH 敏感金納米顆粒 (CPP-PSD@Au) 作(zuò)為(wèi)示蹤劑為(wèi)例，實驗主要流程是首先将博來黴素 (BLM) 氣管注射到小(xiǎo)鼠體(tǐ)内，構建特發性肺纖維化 (IPF) 小(xiǎo)鼠模型。BLM 誘導一周後，将标記的骨髓間充質(zhì)幹細胞 (MSCs) 經氣管内注射移植到 IPF 模型小(xiǎo)鼠的肺内，然後進行 CT（Hiscan XM，Suzhou Hiscan Information Thechnology Co.,Ltd）成像，跟蹤移植的 MSCs，同時診斷肺纖維化的進展。
 

為(wèi)了研究标記的 MSCs 的 CT 增強效果，将标記的 MSCs 與示蹤劑共同孵育，與未标記的 MSCs 相比，經标記的 MSCs 有(yǒu)較高的 CT 值，便于體(tǐ)内 CT 成像檢測到标記的 MSCs。下圖展示了三種示蹤劑的 CT 成像效果。

03

Micro-CT 用(yòng)于新(xīn)型冠狀病毒的研究
新(xīn)型冠狀病毒 (SARS-CoV-2) 在世界範圍的持續蔓延，已經導緻數以萬計的人死亡。在尋找有(yǒu)效治療方法時，迫切需要建立人體(tǐ) SARS-CoV-2 的動物(wù)模型。該研究比較了不同譜系的野生型 (WT) 小(xiǎo)鼠感染 SARS-CoV-2 的情況，并匹配了具(jù)有(yǒu)适應性和先天免疫關鍵成分(fēn)有(yǒu)敲除 (KO) 的轉基因小(xiǎo)鼠品系。并且使用(yòng)原始患者分(fēn)離毒株，采用(yòng)細胞培養第 4 代 (P4) 和 P6 代的 SARS-CoV-2 病毒培養液。

在該研究中(zhōng)，将幾種野生型 (WT) 和敲除型小(xiǎo)鼠鼻内接種第 4 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。

幹擾素是對抗病毒感染的第一線(xiàn)先天免疫防禦。對于包括 SARS-CoV-1 在内的許多(duō)呼吸道病毒，IFN 信号（特别是 I 型和 III 型）在限制體(tǐ)内感染方面發揮了重要作(zuò)用(yòng)。實驗結果發現，與小(xiǎo)鼠相比，叙利亞倉鼠更易感染 SARS-CoV-2 病毒和病毒誘導的肺部疾病。在倉鼠中(zhōng)，先天性免疫反應失調是 SARS-CoV-2 發病機制背後的驅動力，其中(zhōng)信号轉導器和轉錄因子 2 激活因子 (STAT2) 依賴的 I 型和 III 型 IFN 信号在其中(zhōng)發揮雙重作(zuò)用(yòng)：一方面限制感染和傳播，但另一方面推動肺部疾病的惡化。