神经科学

临床前神经科学

采访布鲁克BioSpin的生物安全负责人

MRI技术在临床前神经科学研究中的重要性

神经科学研究如何帮助我们进一步了解脑机能

我们可以使用核磁共振成像(MRI)提供大脑的二维或三维图像,用于研究其解剖构造、功能或分子机制……或这三者的结合。MRI的好处在于,研究人员可以选择把重点放在解剖兼功能层面或是分子层面。

体内神经影像学能给我们提供关于大脑功能和代谢的哪些信息?

使用一种称为扩散MRI的技术,我们能够以非侵入性和非破坏性的方式,追踪整个大脑的轴突方向,并创建大脑的连接图。

在功能性方面,我们有多种选择。功能MRI(fMRI)使我们能够在大脑思考时观察它。这项技术属于临床标准,在过去十多年里,我们已经能够将其应用于包括大鼠和小鼠在内的动物。fMRI不需要造影剂。我们只需监测由于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白转换而产生的细微信号变化,即可清楚地检测大脑活动。

此外,我们还能监测脑血流的变化,这是一个重要的标志。在中风研究中,我们可以看到受影响的大脑区域,其精确度可能比大多数其他非破坏性方法更高。

活体波谱可以研究体内的代谢物。借此,我们可以获得大脑区域的化学“指纹”。这些区域的大小通常为几毫米立方,定域活体波谱使我们能够识别和量化其中的数十种代谢物,包括与大脑能量通路有关的主要神经递质和分子。

并非所有生物学家都了解MRI技术,为什么?

MRI通常不属于生物学课程范畴。医学博士会接受关于MRI的基本培训,如果最终成为放射科医生,还会接受进一步的相关训练。但对于生物学家而言,他们与MRI的接触始于将其用于解决生物学问题。我以前兼修生物学和化学课程,而关于NMR和MRI的所有基础知识,我是在化学课程中学到的。如果我只学习生物学,我将对MRI的巨大潜力一无所知。

每个生物学家都会学习如何使用光学显微镜,但除非所在大学配备有临床前MRI扫描仪,他们很难对MRI技术有所了解。布鲁克的MRI应用专家已经将他们的知识融入到预先优化的协议中,即使用户对MRI不甚了解,也能快速解答生物学相关问题。

请概述MRI和PET/MRI在基础神经科学研究中的应用和重要性。

PET缺乏解剖学信息。一般来说,使用PET,您可以追踪示踪剂在体内的任何位置,而您最终看到的只是功能化示踪剂所在的区域。

如果您单独使用PET,则无法确定这些活动区域在体内的位置,因为没有解剖学相关参照。而使用PET/MRI组合,通过在灰度高分辨率MRI图像上的彩色PET图像,您可以高精度地看到示踪剂的确切位置。

PET和MRI结合的重要性和美妙之处在于,您可以同时执行这两种操作,并从MRI中获得出色的软组织对比。

与其他方法相比,这些成像技术有什么优势?

除了非破坏性之外,还有一个事实是,我们可以使用更少的动物获得更多的信息。

您可以实现更大的统计相关性,因为您可以使用扫描仪在数周或数月内反复研究同一只动物。在每个研究时点后,动物不会被处置。相反,我们扫描整个队列,从所有动物那里获取全部信息。每只动物都作为自己的对照。这减少了许多临床前研究固有的生物散射问题。我认为这是一个经常被忽视的巨大优势。

临床前研究的发现能完全转化为临床应用吗?临床前脑成像能做到临床上不可能做到的事情吗?

是的,可以转化。对动物使用PET和MRI成像与在医院对患者使用临床仪器进行的操作相同。当然,临床前成像也有好处,比如在进入临床前测试新的疾病治疗方法。您还可以使用基因剔除模型来研究疾病进展的机制。

请介绍用于临床前神经科学研究的布鲁克仪器吧:

早在40多年前,我们就推出了一系列临床前MRI扫描仪,在市场上处于领先地位。布鲁克的临床前MRI扫描仪品牌称为BioSpecs,有各种不同的版本。您可以从一系列磁场中进行选择。磁场越强,通常成像效果越好。您还需要确定孔径,也就是磁体内部的小通道, 动物在检查时就躺在里面。小孔径扫描仪只能容纳一只小鼠,而其他较大孔径扫描仪可以容纳大鼠甚至更大的动物。

我们的PET扫描仪也设有供大鼠和小鼠使用的小通道。我们还提供PET和MRI的组合。在其中一款PET/MR设计中,PET通道设在MRI通道的前面,所以这两台机器是相邻的。动物安置在一种类似单轨的轨道上,首先进入PET通道进行快速扫描。然后将其向前移动约20英寸,在 MRI扫描仪中定位,执行MRI扫描。

在另一款PET/MR设计中,小型PET环直接安装在MRI通道中,使动物能够直接进入MRI扫描仪的中心,这也是PET扫描仪的中心,可以实现同时扫描。

这种仪器已用于研究哪些临床前疾病模型?是否能够帮助确定任何潜在的治疗方法?

嗯,应用非常广泛,从阿尔茨海默氏症和帕金森氏症模型到记忆、衰老和认知衰退模型等等。这种仪器也用于中风研究。通过在啮齿类动物中人为地诱发中风,我们可以对受影响的大脑区域进行量化,这可能比任何其他不涉及解剖大脑的方法都更有效。许多制药公司在药物研发中使用布鲁克扫描仪。

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