新荧光显微成像方法可观测大脑深层组织

长期以来，大脑的运作过程一直是一个医学谜题。近百年来，科学家们开发了各种可透过头骨成像的方法，但现有的方法仍然很难观察到活体脑组织中细微、复杂的血液流动。

一项新技术的出现，有望改变这一局面。据报道，这一被称为漫反射光学定位成像（diffuse optical localization imaging, DOLI）的技术，将使用荧光显微成像技术对大脑无创成像的深度增加了一倍，使研究人员首次实现在不移除小鼠头骨的前提下，观察其大脑中的血液流动。文章见：Optica, doi: 10.1364/OPTICA.420378。

图1 新DOLI方法拍摄的图像显示出了小鼠大脑的微循环

简单的成像配置

荧光显微镜的成像过程需要借助注射到血液中的荧光造影剂。在使用恰当波长的光照射时，药剂中的微小颗粒会发出荧光，这种荧光被照相机记录下来，即可对大脑循环系统的复杂网络成像。

此前的成像技术手段中，荧光颗粒发出的荧光到达相机之前会被组织散射和吸收，因此图像非常不清晰。如果使用1000~1700纳米之间的第二个近红外窗口（NIR-Ⅱ）内的波长，就能够大大减少散射和吸收效应。研究人员使用了一种在这一波长窗口工作的新型硫化铅基量子点造影剂，借助超高效短波红外摄像机，首次实现了小鼠的3D毛细血管血流的无创成像。

“新DOLI技术最振奋人心的地方在于，其应用非常简单。”文章共同作者Daniel Razansky说，他是苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学的生物医学成像系教授。“无需昂贵的脉冲激光器和其他精密的光学设备，只需要一个相对简单、廉价的相机即可成像。”

人体研究应用

这项技术的首次测试在合成组织模型上进行，成像深度可达4毫米，呈现出清晰的高分辨率图像。在活体小鼠身上的进一步实验表明，此项成像技术能够对脑血管高效、无创、高分辨率成像。1厘米的视野范围足以覆盖小鼠的大脑，在使用此项技术对小鼠大脑成像时，能够精确定位单滴微滴，并对血流速度成像。通过测量液滴外观大小，研究人员能够确定液滴深度，从而进行3D成像。

研究人员希望此项技术能够用于神经系统疾病的研究，全球共有10亿人饱受此类疾病折磨。然而，由于人脑远大于小鼠大脑尺寸，要想将此项技术应用在人脑成像中，仍需要进一步的研究。

Razasnsky说：“新的无创成像技术的改进有助于更好地了解大脑的工作方式，并确定神经退行性疾病及其他脑部疾病的潜在生物学原因，这一点至关重要。”