整体3D成像可视化脑卒中后血管-神经动态变化

脑血管疾病，尤其是缺血性中风，是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一。中风的发生通常与脑血管的阻塞有关，这会导致脑组织缺氧和细胞死亡。因此，深入研究脑血管结构和神经变化对于理解中风等脑部疾病的病理机制至关重要。传统的组织学方法由于会破坏组织的三维结构，限制了对脑血管网络的精确分析。而组织光学透明化技术的出现，为解决这一难题提供了新的途径。研究通过应用组织透明化技术，结合光片和共聚焦显微镜，成功获取了大鼠脑血管的高分辨率三维图像，为脑血管疾病的研究提供了新的视角和方法。

中风是导致死亡和残疾的主要原因之一，其中约88%的病例是由脑血管阻塞引起的缺血性中风。由于大脑中动脉是中风的常见部位，因此中动脉闭塞（MCAO）模型被广泛用作研究局灶性脑缺血的标准动物模型。以往的研究主要集中在神经元丢失、神经损伤级联反应、神经细胞拯救以及缺血性脑损伤后的神经元重组等方面。然而，由于大脑血液供应的减少会导致脑损伤，

因此近年来研究重点逐渐转向量化脑血管系统的血管参数。现有的物理切割工具和成像技术，如磁共振成像，在解析血管组织和血管系统可塑性方面存在局限性。组织透明化技术结合先进的光学成像设备和分析程序，能够识别生物信息的三维环境，为研究脑血管系统提供了新的可能性。

研究创新性地应用了组织透明化技术，结合光片和共聚焦显微镜，对大鼠脑血管进行高分辨率三维成像。通过将荧光番茄凝集素直接注入大鼠心脏进行血管染色，研究人员在大鼠脑部厚切片中重建了三维血管结构。随后，利用三维渲染和血管拟合丝模型进行分析。

组织透明实验流程

结果显示，与非缺血区域相比，缺血区域的血管直径和密度显著减少。此外，通过免疫染色0.5毫米厚的脑切片，研究人员发现同侧区域神经元丢失显著，星形胶质细胞荧光强度增加。这些方法不仅能够更准确地分析脑血管系统和神经变化，还能拓宽研究范围，为各种脑部疾病的研究提供有力工具。

组织透明化后MCAO模型的大鼠脑血管系统的3D可视化

在实验中，研究人员对大鼠进行了中动脉闭塞手术，模拟人类中风模型。24小时后，通过组织透明化技术和光片显微镜对脑组织进行成像。结果显示，缺血区域的血管密度和直径显著降低，神经元数量减少，星形胶质细胞活性增强。通过三维重建和定量分析，研究人员能够精确测量血管参数和神经元变化。例如，在缺血区域，血管长度和直径均显著减少，尤其是直径小于15微米的微血管受损更为严重。

MCAO后24小时中NeuN阳性细胞丢失的3D可视化

MCAO后24小时PV阳性细胞和血管减少的3D可视化和量化

共聚焦成像显示，缺血24小时后出现神经元退化、中间神经元易损与胶质活化异质性。NeuN阳性细胞减少20%，MAP2树突荧光强度降至对照32%，胞体呈现核固缩，PV阳性细胞在皮层近乎消失，纹状体残留率22%。而星形胶质细胞标记物GFAP的荧光强度增加，表明缺血性损伤导致了神经元的丢失和胶质细胞的反应性增生。

MCAO后24小时MAP2相关免疫荧光强度的3D可视化和定量

MCAO后24小时GFAP相关免疫荧光强度的3D可视化和量化

研究通过组织透明化技术结合光片和共聚焦显微镜，成功实现了对大鼠脑血管和神经变化的三维可视化和定量分析。这一技术突破了传统方法的局限，为脑血管疾病的研究提供了新的视角和方法。未来，随着技术的进一步优化和应用范围的扩大，组织透明化技术有望在更多类型的脑部疾病研究中发挥重要作用，为揭示疾病机制、开发新的治疗方法提供有力支持。

声明：本文仅用作学术目的。

Lee, EJ., Hong, SK., Choi, DH. et al. Three-dimensional visualization of cerebral blood vessels and neural changes in thick ischemic rat brain slices using tissue clearing. Sci Rep 12, 15897 (2022).

DOI:org/10.1038/s41598-022-19575-w.