应用多光谱光声断层成像(MSOT)、激光散斑对比成像(LSCI)及组织学方法研究外周动脉疾病(PAD)小鼠模型中年龄依赖性的组织氧合与血液灌注

《Diagnostics》：Investigating Age-Dependent Oxygenation and Blood Perfusion in a Mouse Model of Peripheral Artery Disease (PAD) Using Multispectral Optoacoustic Tomography (MSOT), Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) and Histology

　　

背景/目的：外周动脉疾病(PAD)常呈无症状表现，亟需无创手段进行疾病评估与治疗监测。本研究证明多光谱光声断层成像(Multispectral Optoacoustic Tomography, MSOT)与激光散斑对比成像(Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI)可分别无创评估小鼠后肢PAD模型中的组织血管氧合与灌注变化，并比较年龄依赖性血管反应。方法：研究人员对年轻(2月龄)与老年(18月龄)小鼠烧灼股动脉建立PAD模型，于基线(第0天)及术后第3、7、14天行MSOT与LSCI成像，并行相关性组织学分析(H&E染色、Masson三色染色检测胶原、CD31与Ki-67免疫荧光)。结果：MSOT观察到缺血肢体术后短期内组织氧合下降，且年轻小鼠恢复快于老年小鼠；LSCI显示两组随时间灌注均有所恢复，但年轻小鼠恢复始终更优；组织学证实缺血损伤，且年轻小鼠腓肠肌组织血管生成与细胞增殖增强，各方法学结果一致。结论：MSOT与LSCI是有效的无创纵向监测肌肉损伤的工具，可揭示年龄依赖性血管反应且无需外源性造影剂。

应用多光谱光声断层成像(MSOT)、激光散斑对比成像(LSCI)及组织学研究中老龄依赖性外周动脉疾病(PAD)小鼠模型组织氧合与血液灌注的论文解读

本文发表于《Diagnostics》，研究针对外周动脉疾病(Peripheral Artery Disease, PAD)早期检出难、缺乏无需外源性造影剂的纵向无创监测手段这一问题，研究人员采用年轻(2月龄)与老年(18月龄)雌性BALB/c小鼠烧灼单侧股动脉建立后肢缺血模型，分别应用多光谱光声断层成像(Multispectral Optoacoustic Tomography, MSOT)检测组织血管氧饱和度(oxygen saturation, sO₂)、激光散斑对比成像(Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI)检测相对血流灌注比值(缺血侧/健侧)，并于终点取腓肠肌行H&E染色、Masson's Trichrome染色、CD31(血管内皮标志物)与Ki-67(细胞增殖标志物)免疫荧光染色验证，证实年轻小鼠缺血后氧合与灌注恢复更快、新生血管生成及细胞增殖更强，MSOT与LSCI可有效无创反映PAD小鼠年龄依赖性血管修复差异。

主要关键技术方法：

研究人员选用雌性BALB/c小鼠分年轻组(2月龄)与老年组(18月龄)，分别设独立队列行MSOT(n=8，雌雄各半未提及，原文为雌性)与LSCI(n=24)检测，于术前(D0)及术后D3/D7/D14纵向采集数据；MSOT使用iThera InVision-256系统在水浴(34℃)中以7波长(680、730、760、798、874、930、972 nm)采集并光谱解混得到sO₂^MSOT，辅以空气/氧气呼吸挑战获取ΔsO₂；LSCI使用PeriFlux 6000系统于37℃加热板上测灌注并计算缺血/健侧比值；终点取双侧腓肠肌行H&E、Masson's Trichrome及CD31/Ki-67免疫荧光染色，ImageJ定量脂肪/胶原/CD31/Ki-67阳性面积百分比，GraphPad Prism行双因素重复测量ANOVA及?ídák多重比较。

3. Results（结果）

3.1. MSOT

研究人员通过MSOT获得小鼠横断面sO₂^MSOT分布图，术前左右后肢及脊柱肌对吸氧挑战呈显著sO₂升高(p<0.001)；术后第3天缺血肢sO₂^MSOT明显下降，对吸氧挑战响应减弱，第14天部分恢复但仍低于基线；年轻小鼠缺血肢ΔsO₂^MSOT第7天即显著恢复(p<0.05)，老年小鼠ΔsO₂^MSOT恢复缓慢，整个观察期缺血与健侧差异持续显著；健侧肢与脊柱肌各时间点ΔsO₂^MSOT无年龄及时间差异。结论：MSOT可无创显示PAD后肢缺氧及年龄依赖性氧合恢复差异，年轻个体侧支循环重建所致氧合回升更迅速。

3.2. LSCI

研究人员以LSCI测得术前缺血/健侧灌注比≈1，术后第1天降至约20%，两组无差异；第3天年轻组恢复至约66%，老年组仅约36%；第14天年轻组达约76%，老年组约65%且后续至第30天无进一步改善；老年鼠出现更高比例足趾坏疽甚至自截。结论：LSCI显示PAD后肢灌注随时间依赖恢复且年轻小鼠显著快于老年小鼠，与MSOT趋势一致。

3.3. Hematoxylin and Eosin (H&E) and Masson's Trichrome Staining

H&E显示健侧肌纤维排列紧密、核靠周边；缺血肌纤维结构紊乱、中央移位的核(再生征象)、炎症细胞浸润及脂肪组织浸润增加(p<0.005)；Masson三色染色示缺血肌胶原(纤维化)面积较健侧显著增多(p<0.0001)，老年缺血肌胶原面积高于年轻缺血肌(p=0.002)。结论：缺血诱导骨骼肌脂肪浸润与纤维化重塑，且老化加剧纤维化反应。

Immunofluorescence Staining（CD31与Ki-67免疫荧光染色）

研究人员发现CD31阳性微血管密度在缺血肌中升高，年轻缺血肌CD31⁺面积显著高于老年缺血肌(p<0.0001)；Ki-67⁺增殖信号亦在缺血肌升高，年轻缺血肌Ki-67⁺面积高于老年缺血肌(p<0.001)。结论：年轻PAD小鼠缺血肌具更强的血管生成(angiogenesis)与细胞增殖能力，老化致此潜能减退。

讨论与结论总结

讨论部分指出，本研究首次在BALB/c小鼠中用MSOT结合气体呼吸挑战ΔsO₂^MSOT评估慢性PAD后肢缺氧及年龄差异，并与LSCI灌注恢复相互印证；老化伴随血管内皮祖细胞减少、VEGF/HIF-1α信号受损及成纤维细胞衰老致纤维化增强，共同造成老年小鼠侧支形成差、氧合与灌注恢复迟缓、组织修复弱；BALB/c品系本身侧支发育较弱更易现坏死，适合模拟慢性重症PAD；MSOT可提供深层组织血氧饱和度空间分布且无电离辐射与外源造影剂，优于传统CT/MRI/PET部分场景，LSCI成本低适于表浅血流动态监测，二者联合可互补评估PAD病理生理。

结论(Conclusisons)：本研究表明多光谱光声断层成像(MSOT)与激光散斑对比成像(LSCI)可作为有效无创工具，纵向监测外周动脉疾病(PAD)小鼠模型中的组织血管氧合与血液灌注变化，揭示年轻小鼠较老年小鼠具备更快更显著的灌注恢复、血管生成及组织重塑能力；MSOT相较传统影像具更优空间分辨率与穿透深度，适合探究PAD深部组织氧合；综上，老化损害血管恢复潜能，MSOT与LSCI是PAD疗效与时间进程评估的有力模态。