SWIR 荧光成像：揭开皮瓣移植血管化时空模式的神秘面纱

为探究血管生成和血管重塑的时空关系，复旦大学研究人员利用 SWIR 荧光成像技术研究皮瓣移植模型，揭示了血管化时空模式，为相关研究奠定基础。

　　在生命的奇妙旅程中，身体内的血管系统犹如一张精密的 “交通网络”，时刻为各个组织和器官输送着至关重要的氧气与营养物质。而血管化过程，作为构建和维持这张 “交通网络” 的关键环节，包括血管生成（angiogenesis，从已有的血管网络形成新血管）和血管重塑（vascular remodeling，涉及血管修剪、直径调整以及血管身份和层级建立的转化和成熟过程 ），它们相互交织，共同保障着血管系统的正常运作。然而，以往大多数研究往往将这两个紧密相连的过程分开研究，忽视了它们在时空上的交织关系。传统的成像技术，如超声、X 射线血管造影、磁共振血管造影（MRA）和计算机断层血管造影（CTA），虽然在血管监测中广泛应用，但存在辐射、时空分辨率有限以及难以捕捉动态信息等缺点。新兴的成像技术，如超微血管成像（SMI）、多模态 MRI 和 Micro-CT 成像、光声成像技术等，虽各有优势，但仍无法同时准确捕捉血管生成和血管重塑的时空特性。因此，开发一种能够实时、动态、全面展示血管化时空特征的新型成像技术，成为了医学领域亟待解决的重要问题。

为了攻克这一难题，复旦大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具创新性的研究。他们旨在利用基于量子点（QDs）的短波红外（SWIR）荧光成像技术，深入探究皮瓣移植小鼠模型中血管化的时空模式，从而为血管生物学研究和血管相关疾病治疗开辟新的道路。该研究成果意义重大，不仅为深入理解血管化机制提供了关键线索，还为相关疾病的治疗带来了新的希望，相关成果发表于《Journal of Nanobiotechnology》杂志。

在本次研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建了皮瓣移植小鼠模型，为研究提供了理想的实验对象；二是采用基于 QDs 的 SWIR 荧光成像技术，对皮瓣血管化过程进行动态实时成像；三是运用组织学分析和免疫组化染色技术，对血管化过程进行验证和量化分析。

下面来详细看看研究的具体成果：

1. 皮瓣形态变化：研究人员成功建立了皮瓣移植小鼠模型，并在术后 1 天、14 天和 21 天分别对皮瓣进行观察。通过直接观察和定量测量发现，皮瓣的形状从最初的矩形逐渐变为椭圆形，大小、长度和宽度均不断减小。这一变化表明皮瓣在血管化过程中发生了挛缩，而血管化的发生导致了皮瓣的形态学改变，这一现象在该模型中得到了清晰呈现。
2. SWIR 荧光成像分析：基于 QDs 的 SWIR 荧光成像技术展现出强大的功能。注射 QDs 后，研究人员通过成像观察到皮瓣血管系统的详细情况，包括各穿孔血管的显影顺序，如注射后保留的左髂深动脉穿支（LDCIA）迅速显影，随后其他血管也依次显现，直至 10 分钟左右整个皮瓣血管成功成像。通过测量量子点灌注皮瓣的光致发光（PL）强度和百分比面积，确定了最佳观察窗口为注射后 10 分钟左右。这一结果为后续精确观察皮瓣血管化提供了重要依据。
3. 血管化时空模式解析：研究人员进一步对皮瓣血管化的时空模式进行深入研究。通过对皮瓣在体和离体的 SWIR 荧光成像分析，测量血管面积、直径、长度、分支数、连接点和端点等参数，发现血管生成在术后 21 天内持续存在，表现为血管面积、长度增加，分支和连接点增多；而血管重塑在术后 14 天后逐渐占据主导地位，表现为穿孔血管直径缩小，血管端点减少 。此外，将皮瓣离体空间划分为四个穿孔体区域进行分析，发现不同区域的血管化模式存在差异。如 IV 区由于有 LDCIA 供血，灌注相对充足，血管化进程较快；而 II 区则恢复较慢，可能存在延迟的血管生成和重塑。
4. 组织学验证：为了验证皮瓣模型中血管化的发生，研究人员进行了 H&E 染色和免疫组化染色。结果显示，随着时间推移，血管标记物如 CD31、血管内皮生长因子（VEGFA）、血管性血友病因子（VWF）和 α - 平滑肌肌动蛋白（α -SMA）的表达逐渐增加，进一步证实了血管化的进程。同时，对量子点的生物安全性检测表明，其对小鼠主要器官无明显损伤，保障了实验的安全性。

综上所述，本研究利用基于 QDs 的 SWIR 荧光成像技术，成功可视化了皮瓣移植小鼠模型中血管化的时空模式。研究发现，血管生成和血管重塑在时间上相互交织，血管生成贯穿术后 21 天，血管重塑在 14 天后加速；在空间上，不同穿孔体区域的血管化进程存在差异。该研究为深入理解血管化的时空特征提供了重要依据，为进一步研究血管化的复杂过程奠定了坚实基础，有望推动血管相关疾病治疗策略的创新与发展。