駱清銘團隊發(fā)表關(guān)于小鼠全腦精細血管立體定位圖譜的研究成果
2017-12-25
腦是血管極為豐富的器官，全身總耗氧量的四分之一都是用于維持神經(jīng)的活動。有研究表明，如果阻斷血管的血液供應(yīng)，幾秒后神經(jīng)元就會停止發(fā)放動作電位，幾分鐘就會導(dǎo)致永久性的神經(jīng)損傷。一些常見的腦部疾病，如中風(fēng)、老年癡呆癥和腫瘤等也都伴隨著腦血管結(jié)構(gòu)的異常。
腦血管的形態(tài)特點是迂曲易變，血管之間通?；ハ嘟诲e，所以a需要三維的圖像才能展現(xiàn)復(fù)雜的血管解剖關(guān)系。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的CT和MRI等三維影像技術(shù)由于分辨率較低，無法分辨直徑僅為數(shù)微米的毛細血管。近些年發(fā)展的三維光學(xué)顯微成像技術(shù)，雖然能分辨毛細血管，但受限于光的散射和吸收，成像深度有限，其研究仍然局限在局部腦皮層區(qū)域。
針對這一重大需求，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心駱清銘團隊潛心十年，自主研發(fā)了顯微光學(xué)切片斷層成像技術(shù)（Micro-Optical Sectioning Tomography，MOST），實現(xiàn)了連續(xù)獲取亞微米分辨率的完整小鼠腦神經(jīng)圖譜數(shù)據(jù)，相關(guān)工作于2010年發(fā)表于《Science》。隨后，該團隊建立了小鼠全腦的尼氏染色和樹脂包埋方法，利用MOST技術(shù)以體素1微米分辨率，同時獲得了小鼠全腦細胞和血管的圖像，發(fā)展了識別和分割細胞和血管的圖像處理方法，相關(guān)工作于2014年發(fā)表于《NeuroImage》。通過上述代表性研究，該團隊建立了獲取、處理和分析腦血管數(shù)據(jù)的技術(shù)體系，為構(gòu)建哺乳動物全腦精細血管立體定位圖譜奠定了基礎(chǔ)。
用MOST成像技術(shù)獲取的小鼠腦冠狀面和重建的血管圖
2017年12月19日，《神經(jīng)解剖學(xué)前沿》（Frontiers in Neuroanatomy）在線發(fā)表了駱清銘團隊有關(guān)腦血管圖譜的研究成果。該研究以MOST成像技術(shù)獲取的五套尼氏染色小鼠全腦數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)（體素分辨均為0.35μm×0.35μm×1μm， 毎個鼠腦采集了一萬張冠狀面，五個鼠腦總數(shù)據(jù)量是10TB），首次在全腦范圍內(nèi)系統(tǒng)性構(gòu)建和標識出包含動脈、靜脈、微動脈和微靜脈的精細腦血管圖譜。研究不僅對完整血管樹進行了三維重建，而且利用同一鼠腦的細胞構(gòu)筑圖像提供的解剖結(jié)構(gòu)信息，在單細胞水平實現(xiàn)了血管分支起點的立體定位。借助高分辨的血管重建數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了許多之前未曾報道的靜脈分支，并按通行的命名規(guī)則給予了命名。此外，進一步定量分析了動脈、靜脈血管與腦區(qū)的連通性及供血關(guān)系，有助于直觀了解動脈血是經(jīng)過哪些血管分支輸送到了特定腦區(qū)/核團，供能后的靜脈血又是如何被收集、匯聚。該圖譜將為腦功能和腦疾病的研究提供重要的基礎(chǔ)性資源數(shù)據(jù)庫。
小鼠全腦靜脈血管的樹形結(jié)構(gòu)圖。黑色和藍色分別為曾在小鼠和大鼠研究中已報道過的分支，紅色為本研究新發(fā)現(xiàn)的分支。
論文標題為“小鼠全腦精細血管立體定位圖譜”（Precise Cerebral Vascular Atlas in StereotaxicCoordinates of Whole Mouse Brain），華中科技大學(xué)為唯一作者單位，博士生熊本義為論文的第一作者，共同作者還有李安安、婁陽、陳尚賓、龍犇、彭杰、楊中琴、許彤輝、楊孝全、李向?qū)?、江濤和駱清銘，龔輝教授為通訊作者。本工作得到國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項（2012YQ030260），國家自然科學(xué)基金（91432105, 91432116），國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金（61421064）的資助。
2017
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12-25
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