小鼠颅骨视窗及其在光学活体脑成像研究中的应用

小鼠颅骨视窗作为一种活体光学脑成像辅助工具,以其原位表征、实时观察、长期活体脑成像等优势,成为脑部疾病及神经元突触生长等研究的重要手段之一。小鼠颅骨视窗不仅可以对颅骨下软脑膜血管及血管内红细胞流速、流态变化进行定量分析,在结合荧光标记物与光学显微镜后,还可以对脑部皮层下组织、神经细胞的变化进行清晰成像。过去数十年,科研人员利用小鼠颅骨视窗深入研究了偏头痛、阿尔兹海默症、神经突触等病理生理过程,并取得了大量突破性进展。同时,随着光学成像工具性能的提升,小鼠颅骨视窗的应用也得到了进一步拓展。本文主要介绍颅骨视窗的发展史、构建方法,结合荧光探针及光学成像方法的研究,全面总结了近年来小鼠颅骨视窗在光学脑成像研究中的应用,包括脑内重要生物分子成像、细胞成像、血管及血流成像、神经环路可塑性及神经功能成像、疾病发生机理及药物开发研究等,最后讨论了小鼠颅骨视窗在实际应用中面临的问题,并对其未来应用进行了展望。

CdSe/CdS/ZnS量子点在雌性小鼠体内的分布和蓄积

目的:荧光量子点作为一种新型的荧光纳米材料,被广泛应用于生物医学基础研究领域,但这种纳米材料在生物体内代谢情况尚不清楚,在临床应用之前,需对其在体内的动态分布蓄积进行观测,系统评价其在吸收、转运及代谢过程中会对生物个体、组织、细胞甚至生物分子行为带来的影响以及毒副作用。方法:本文选取六周龄的雌性昆明小鼠为实验动物,将100μL浓度为289 nmol/L的CdSe/CdS/ZnS荧光量子点经尾静脉注射进入小鼠体内血液循环,分别处理1天、7天、14天后,处死小鼠,统计主要脏器重量变化,并制作组织涂片和石蜡切片。结果:组织涂片结果表明,各脏器中的量子点呈现动态分布。作用1天后,脾脏、肝脏、肺、心脏、肾脏和卵巢中都有量子点的分布,其中脾脏中最多;作用量子点7天后,脾脏蓄积减少,而肺部蓄积增多,肝、肾、卵巢蓄积量变化不大;作用14天后,各脏器中量子点明显减少,心脏和肾脏已无量子点蓄积,提示量子点已经从这些脏器中清除了。作用14天后,小鼠卵巢中仍存在量子点,提示量子点可能会在对雌性动物的生殖系统中滞留并造成生殖毒性。结论:石蜡切片结果表明,量子点在各脏器的蓄积未产生明显的病理性损伤。

硒化镉/硫化锌量子点对HepG2细胞增殖和凋亡相关蛋白的影响

目的:以人肝癌HepG2细胞为对象,研究硒化镉,硫化锌(cdSe/ZnS)量子点对肝癌细胞的毒性及其机制。方法:用透射电子显微镜观察CdSe/ZnS量子点的微观结构,用荧光分光光度计测量CdSe/ZnS量子点的吸收和发射光谱。将HepG2细胞分为3组,2个实验组分别与0.5、5 nmol/L CdSe/ZnS量子点共孵育,对照组不作处理。采用激光共聚焦显微镜观察共孵育4 h后细胞对量子点的摄取情况和量子点在细胞中的定位,用流式细胞术检测细胞对量子点的摄取率;用四甲基噻唑蓝(MTT)法检测共孵育24和48 h后CdSe/ZnS量子点对HepG2细胞增殖的影响;用Western blot法检测共孵育4 h后CdSe/ZnS量子点对HepG2细胞凋亡相关蛋白Caspase-9和Caspase-3的影响。结果:CdSe/ZnS量子点粒径小且分散性好,吸收光谱宽发射光谱窄而对称。0.5和5 nmol/L的CdSe/ZnS量子点处理4 h后均可被HepG2细胞摄取并定位于胞浆内,且摄取率达到99%以上。0.5、5 nmol/L CdSe/ZnS量子点处理24 h后,细胞相对存活率分别为99.2%±5.1%、99.5%±7.0%,与对照组比较差异无统计学意义(P>0.05);0.5、5 nmol/LCdSe/ZnS量子点处理48 h后,细胞相对存活率分别为91.6%±3.2%和75.1%±4.6%,显著低于对照组(P<0.05或P<0.01)。Western blot结果显示,与对照组相比,实验组HepG2细胞凋亡相关蛋白Caspase-9和Caspase-3表达量均增加。结论:CdSe/ZnS量子点可被HepG2细胞摄取并抑制HepG2细胞的增殖,此抑制作用可能与其诱导细胞凋亡相关蛋白表达有关。

铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算

吸收光栅是X射线相衬成像系统的关键器件,铋吸收光栅由于其制作成本低廉且适于在普通实验室开展制作而受到青睐。提出了一种针对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的定量计算方法,通过建立模型,数值计算了不同铋层厚度的吸收光栅所对应的叠栅条纹对比度,并比较了π和π/2相位光栅两种情形下的结果。结果显示,随着吸收光栅铋层厚度的增加,条纹对比度逐渐增加,当源光栅和分析光栅的铋层厚度分别达到150μm和110μm时,利用π相位光栅在40kV管电压下其条纹对比度可达48%,60kV管电压下其条纹对比度只能达到22%。而在两个吸收光栅铋层厚度相同的情况下,采用π/2相位光栅所得条纹对比度略优于π相位光栅的结果。对铋光栅X射线相衬成像条纹对比度的计算分析,可作为X射线相衬成像系统设计的参考依据,推动该成像技术走向实用化。

CdSe/CdS/ZnS量子点对体外培养成熟卵母细胞的侵入性研究

为了研究CdSe/CdS/ZnS荧光量子点的生殖毒性,通过建立雌性昆明小鼠卵母细胞体外培养成熟体系,将量子点加入到卵母细胞培养液,使其浓度为28.90 nmol/L,于37℃,体积分数为5%的CO2和饱和湿度下分别培养4,8和20 h,观察卵母细胞形态并在相差荧光显微镜下拍照统计。实验结果表明,在该剂量量子点作用下,随培养时间延长,进入颗粒细胞的量子点增加,并累积于细胞膜附近,但未发现量子点进入卵母细胞内部,激光共聚焦荧光显微镜的高分辨率层析图证明了该结论。在该剂量量子点作用20 h后,量子点虽未进入卵母细胞,但卵母细胞的成熟率显著下降。