Science Advances：磁共振成像首次显示体内脑炎症

　　

   

   

图:UMH-CSIC神经科学研究所的研究人员开发了一种创新策略，允许使用扩散加权磁共振成像(dw-MRI)对大脑灰质中的小胶质细胞和星形胶质细胞激活进行成像。

来自UMH-CSIC神经科学研究所(西班牙阿利坎特)的Silvia de Santis博士和Santiago运河博士领导的实验室的研究，首次使用扩散加权磁共振成像技术对大脑炎症进行了可视化，并获得了非常详细的信息。这种详细的炎症“x射线”无法通过传统的MRI获得，但需要数据采集序列和特殊的数学模型。一旦这种方法被开发出来，研究人员就能够量化大脑中参与炎症过程的不同细胞群形态的变化。

研究人员开发的一种创新策略使这一重要突破成为可能，该策略今天发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上，可能对改变神经退行性疾病的研究和治疗进程至关重要。

该研究的第一作者Raquel Garcia-Hernández表明，扩散加权MRI可以无创和差异地检测小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，这两种类型的脑细胞是神经炎症及其进展的基础。

阿尔茨海默氏症和其他痴呆症、帕金森症或多发性硬化症等退行性脑疾病是一个紧迫而困难的问题。两种类型的脑细胞，小胶质细胞和星形胶质细胞的持续激活会导致大脑中的慢性炎症，这是神经退行性变的原因之一，并有助于其进展。

然而，目前还缺乏能够在体内特异性表征脑炎症的非侵入性方法。目前的黄金标准是正电子发射断层扫描术(PET),但很难概括和与暴露于电离辐射有关,所以它的使用是有限的弱势群体在纵向研究,需要反复使用宠物的年,在神经退行性疾病。

PET的另一个缺点是空间分辨率低，不适合对小结构成像，同时炎症特异性示踪剂在多种细胞类型(小胶质细胞、星形胶质细胞和内皮细胞)中表达，无法区分。

面对这些弊端，扩散加权MRI通过捕捉脑实质中水分子的随机运动来产生MRI图像的对比度，具有无创、高分辨率的活体脑微观结构成像的独特能力。

创新战略

在这项研究中，来自UMH-CSIC神经科学研究所的研究人员开发了一种创新策略，允许使用扩散加权磁共振成像(dw-MRI)对大脑灰质中的小胶质细胞和星形胶质细胞激活进行成像。

“这是第一次表明这种类型的MRI (dw-MRI)的信号可以检测小胶质细胞和星形胶质细胞的激活，每个细胞群都有特定的足迹。我们使用的这种策略反映了死后通过定量免疫组化验证的形态学变化，”研究人员指出。

他们还表明，这项技术对于检测伴有或不伴有神经退行性变的炎症是敏感和特异性的，因此可以区分这两种情况。此外，它可以区分炎症和脱髓鞘特征的多发性硬化症。

这项工作还能够证明在高分辨率健康人群中使用的方法的翻译价值，“我们在其中进行了重现性分析。人脑中已知的小胶质细胞密度模式的显著关联支持了该方法生成可靠的胶质细胞生物标志物的有效性。我们相信，利用这项技术，以非侵入性和纵向的方式描述炎症过程中组织微观结构的相关方面，可以对我们理解许多大脑疾病的病理生理学产生巨大的影响，并且能够改变目前神经退行性疾病的诊断实践和治疗监测策略，”Silvia de Santis强调说。

为了验证该模型，研究人员使用了基于脑内注射脂多糖(LPS)的大鼠炎症模型。在这种模式下，神经元的活力和形态被保留下来，同时首先诱导小胶质细胞(大脑的免疫系统细胞)的激活，然后以一种延迟的方式诱导星形胶质细胞的反应。这种细胞事件的时间序列允许神经胶质反应与神经元退变暂时分离，反应性小胶质细胞的特征独立于星形胶质细胞增生被研究。

为了分离星形胶质细胞激活的印记，研究人员重复了这个实验，他们用一种抑制剂对动物进行预处理，这种抑制剂可以暂时消除大约90%的小胶质细胞。随后，他们使用已建立的神经元损伤范式，测试该模型是否能够解开伴随或不伴随神经变性的神经炎症“足迹”。他们澄清说:“这对于证明我们的方法作为发现神经退行性疾病炎症状态的生物标志物的平台的实用性至关重要，在神经退行性疾病中，神经胶质激活和神经元损伤都是关键因素。”

最后，研究人员使用了一个基于局部注射溶藻卵磷脂的已建立的脱髓鞘范式，以证明所开发的生物标志物不能反映大脑疾病中经常发现的组织改变。

文章标题

Mapping microglia and astrocyte activation in vivo using diffusion MRI