利用体内和卢戈尔对比增强离体显微CT对Octodon degus进行高分辨率三维解剖成像研究

为解决非传统实验动物Octodon degus缺乏成像方法的难题，研究人员开展基于碘化钾卢戈尔溶液对比增强的离体microCT研究，成功实现从胚胎E41到成年阶段头部的软组织和矿化组织同步三维可视化，为神经发育和颅面复杂结构研究提供重要技术平台。

　　

在生物医学研究领域，科学家们一直在寻找能够模拟人类疾病的理想动物模型。智利特有的Octodon degus（毛丝鼠）正是一种极具价值的非传统实验动物，这种大鼠体型的啮齿类动物在圈养条件下能够自发形成类似人类阿尔茨海默病的神经退行性病变、糖尿病等病理状况。更值得注意的是，它们拥有约90天的较长妊娠期，这为研究胚胎发育过程提供了独特的时间窗口。然而，由于缺乏专门针对该物种开发的成像方法，研究人员在开展解剖学研究时面临重大技术障碍。

传统成像方法主要依赖组织切片和光学显微镜技术，这些方法需要经过脱矿化等复杂处理步骤，不仅耗时耗力，还会破坏样本，且难以获得高质量的三维数据集。虽然显微CT（microCT）能够提供非破坏性的三维成像，但其对比度主要依赖于组织间的辐射密度差异，对软组织尤其是胚胎组织的分辨能力有限。磁共振成像（MRI）虽擅长软组织成像，但分辨率较低（约50-100μm³），且无法清晰显示矿化组织。将两种技术结合使用又面临数据配准复杂的难题。

为了解决这些技术瓶颈，来自德国马克斯·普朗克神经遗传学研究所的研究团队在《Heliyon》上发表了创新性研究成果。他们成功将碘基卢戈尔（Lugol）溶液对比增强技术与离体显微CT成像相结合，建立了适用于Octodon degus从胚胎到成年各个发育阶段的高分辨率三维解剖成像方法。

研究人员采用了多种关键技术方法：对成年个体进行体内microCT扫描以验证纵向研究的可行性；对胚胎期E41、E54、E70、新生和成年个体头部进行离体microCT扫描；使用卢戈尔溶液（I₂KI）进行对比增强处理，浸泡时间根据样本大小从3天到77天不等；通过钻取颅骨孔洞促进造影剂渗透；利用Skyscan 1278和1076扫描仪获取9.05-51.42μm各向同性分辨率的数据；采用3D Slicer和CT Analyser进行三维重建、分割和定量分析。样本来自研究所自繁育的群体，共20只degus，包括体内成像成年个体4只和各发育阶段离体样本16只。

3.1. 成年degus的体内显微CT成像

研究人员通过对4只麻醉成年degus进行体内microCT扫描，证明了该技术在全身体成像中的实用性。实时X射线投影图像显示了肺部扩张收缩和矿化骨组织特征，三维重建图像清晰显示了肌肉、体脂、肝脏、肠道和肺等内部器官，以及鼻甲和嗅球等头部结构。这些结果证实了利用组织间固有辐射密度差异，microCT能够成功应用于活体degus的解剖成像。

3.2. 胚胎和新生degus的对比增强显微CT

通过对13个胚胎和新生样本进行卢戈尔溶液浸泡时间梯度实验，研究人员确定了各发育阶段的最佳处理时间：E41全胚胎需要3天，E54头部需要5天，E70头部需要7天，新生头部需要21天。对比增强后，原本无法区分的软组织如尚未矿化的骨组织、初级脑泡（前脑、中脑、菱脑）和脊柱变得清晰可辨，尽管脑组织出现了54%-67%的体积收缩，但解剖关系保持完整。

3.3. 胚胎和新生degus脑区的分割

利用对比增强后的图像，研究人员成功对E41全胚胎的心脏、脊柱、椎骨和脑组织进行了手动分割，并对E54、E70和新生个体的嗅球、小脑和大脑进行了三维表面重建。这些分割结果与三维体积渲染头部图像叠加，生动展示了发育过程中脑区结构的空间关系变化。

3.4. 成年degus头部的对比增强显微CT

针对体型较大的成年degus，研究人员通过钻取颅骨孔洞促进卢戈尔溶液渗透，并进行了长达77天的浸泡时间序列观察。结果显示，随着浸泡时间延长，脑组织平均灰度值从35.28（浸泡前）逐步增加到180.86（63天），软组织对比度显著改善，鼻甲软骨组织、嗅球分层结构和小脑区域变得清晰可辨，尽管脑组织出现了59%的体积收缩。

3.5. 成年degus脑区的分割

在42天卢戈尔浸泡后，研究人员成功对成年个体嗅球、小脑和大脑进行了分割和三维表面重建。在21天浸泡时，通过自动密度阈值处理获得的颅骨三维体积渲染图像清晰显示了颅缝和关节等解剖特征，证明了该方法在矿化组织成像中的优势。

3.6. 大脑的对比增强显微CT

通过详细分析不同发育阶段脑组织的对比增强效果，研究人员发现了一系列重要解剖结构的可视化：E54头部可见假定的嗅球多层结构和新皮质皮层；E70头部可见小脑皮层和小叶结构；新生个体可见胼胝体、黑质和小脑；成年个体可见胼胝体、黑质、第三脑室脉络丛和小脑小叶结构。这些发现证实了卢戈尔对比增强在degus神经解剖研究中的有效性。

3.7. 鼻甲的对比增强显微CT

对比增强技术同样成功应用于鼻甲结构的可视化研究。在E54和E70头部，鼻甲与鼻腔腔隙区分明显，嗅粘膜与下层结缔组织边界清晰可辨。在新生和成年头部，对比增强充分揭示了鼻甲复杂形态及其与嗅粘膜的空间关系，为嗅觉系统研究提供了重要解剖学基础。

研究结论与讨论部分指出，这项研究成功建立了适用于Octodon degus从胚胎到成年各个发育阶段的体内和对比增强离体microCT成像方法。卢戈尔溶液作为一种商业可得、成本效益高的对比剂，虽然会导致脑组织54%-67%的体积收缩，但这种收缩在各空间维度上保持一致，解剖关系得以保留，与许多传统组织处理技术引起的收缩程度相当。

该方法的重要意义在于提供了单一模态下同时可视化软组织和矿化组织的高分辨率三维成像解决方案，避免了多模态成像所需的复杂数据配准过程。研究人员建议，通过使用强磷酸盐缓冲液稳定卢戈尔溶液的pH值可能减少组织收缩，而脑室注射对比增强CT可解决死后脑室塌陷带来的可视化限制。

未来应用前景广阔：体内microCT可用于糖尿病、心血管疾病等代谢性疾病的体成分变化纵向研究；骨矿化过程和骨密度定量分析；degus常见牙科疾病的诊断评估。结合对比增强离体microCT，可进行脑区体积量化、颅骨变异分析、嗅觉投射系统研究以及几何形态测量学分析，为发育生物学、神经科学和疾病机制研究提供强大的技术平台。

这项研究不仅为Octodon degus作为人类疾病模型的研究提供了重要技术支持，也为其他非传统实验动物的解剖成像研究建立了可借鉴的方法学框架，对推进比较解剖学和转化医学研究具有重要价值。