新型成像技術如何改善人類健康研究？

　　本文整理了多篇研究成果，共同解讀新型成像技術如何改善科學家們對人類健康的研究！

圖片來源：Science Advances

　　【1】Science子刊：新成像技術揭示大腦如何處理信息

　　doi：10.1126/sciadv.aau7046

　　如今，科學家們發現了一種新的方法，可以快速有效地繪制出大腦神經元之間巨大的連接網絡，他們將紅外激光刺激技術與動物的功能性磁共振成像相結合，生成了大腦連接的圖譜，相關研究成果發表在Science Advances雜志上。

　　這種新技術能夠以高精度輕松地繪制活體大腦的連接圖為醫學和工程領域的其他應用打開了大門；研究人員將一根200微米的光纖穿入研究動物的大腦，并刺激大腦的特定區域。然后，他們能夠通過測量不同區域血氧水平的超高場核磁共振成像(MRIs)看到一系列串聯的活連接傳統上，研究人員通過將染料直接注入大腦并在死后重建這些連接，繪制出了大腦中這些連接的圖譜，這是一個非常緩慢、昂貴和耗時的過程。

　　【2】Sci Rep：計算機成像技術揭示腫瘤內血流信號

　　doi：10.1038/s41598-019-40888-w

　　近日，來自約翰霍普金斯大學醫學的研究人員表示，他們開發了一種類似于“谷歌地圖”的方法，可以更準確地計算和可視化腫瘤生長所需的結構和功能性血管變化。通過將來自動物模型的腫瘤標本的高質量3D成像數據與復雜的數學公式配對，研究人員表示，他們現在擁有一個能夠準確表示腫瘤內血液流量的模型，包括復雜的血流量，氧合作用和發生的結構變化，相關研究刊登在國際雜志Nature Scientific Reports上。

　　研究者表示，該項目的開發是為了解決癌癥生物學在生長和發展腫瘤中的復雜性。他認為需要更好的預測模型，因為許多現有模型采用了腫瘤血管復雜幾何形狀的基本近似；“腫瘤'微環境'的不良表現使模型和基于它們的研究不太準確。所以我想，我如何利用我的成像專業知識來改善建模人員可用的信息。

　　【3】Cancer Cell：新成像技術揭示乳腺癌的可塑性

　　doi：10.1016/j.ccell.2019.02.010

　　沃爾特和伊麗莎霍爾醫學研究所的研究人員開發了一種新的成像技術，可以看到腫瘤內癌細胞進化的關鍵步驟，這可能揭示乳腺癌如何逃避治療。利用乳腺癌的實驗室模型，研究人員能夠以以前無法達到的高分辨率從三維角度觀察腫瘤。這揭示了癌細胞是如何從乳腺導管的癌前細胞發育而來的，以及隨著時間的推移腫瘤中發生的變化。

　　這項最近發表在Cancer Cell雜志上的研究表明，乳腺癌細胞本質上是可變的，從一種細胞類型轉變為另一種細胞，在分子水平上類似于更容易擴散的細胞。乳腺正常細胞向癌細胞的轉化經歷了許多階段，“癌前”細胞進化為早期癌細胞，隨后癌細胞可能發生變化，使細胞更有可能從腫瘤擴散出去。到目前為止，還不可能在整個腫瘤中看到單個克隆體——由單個癌前細胞衍生而來的“姐妹”細胞。

　　【4】J Nuc Med：新型成像技術能夠監測阿爾茲海默癥的病情進展

　　doi：10.2967/jnumed.118.217703

　　近日，一項刊登在國際雜志Journal of Nuclear Medicine上的研究報告中，來自國外的研究人員發現了一種更好地預測阿爾茨海默病進展的方法，其能通過正電子發射斷層掃描（PET）對小膠質細胞激活水平進行成像，能夠比β-淀粉樣蛋白PET成像更好地預測疾病的進展。

　　據阿爾茨海默氏癥協會稱，目前估計有530萬美國人患有阿爾茨海默病。到2025年，這一數字預計將增加到700多萬。阿爾茨海默病患者的標志性腦變化包括β-淀粉樣斑塊的積累。當來自中樞神經系統的小神經膠質細胞識別β-淀粉樣斑塊的存在時，它們在腦中產生炎癥反應。

　　【5】Cancer Res：成像技術幫助鑒別腫瘤對放療的耐受性

　　doi：10.1158/0008-5472.CAN-18-2732

　　根據最近一項研究，研究人員在頭頸癌患者中進行臨床試驗，以確定拉曼光譜（一種非侵入性成像技術）能否有效地使一些患者免于無效放射治療的毒副作用。

　　來自阿肯色大學，約翰霍普金斯大學和阿肯色大學醫學科學（UAMS）的研究人員使用成像技術，發現輻射后小鼠的治療敏感性和治療抗性腫瘤之間存在差異。他們的研究結果發表在美國癌癥研究協會期刊癌癥研究中心，該研究揭示了脂質和膠原蛋白含量的統計學顯著差異，這些差異有可能在治療方案的早期識別出治療抗性腫瘤。

　　【6】Cell Rep：利用組合性成像技術成功追蹤阿爾茲海默病患者大腦的退化過程

　　doi：10.1016/j.celrep.2018.06.001

　　近日，一項刊登在國際雜志Cell Reports上的研究報告中，來自麥吉爾大學和蒙特利爾神經科學研究所的研究人員通過研究開發了一種特殊的技術來追蹤阿爾茲海默病患者所發生的大腦退化過程，相關研究或能幫助研究者闡明為何患者大腦中所發生的退化會從一個區域擴散到另一個區域。

　　目前研究人員能夠利用結構化的磁共振成像技術（sMRI）和正電子成像技術（PET）來對早期階段的阿爾茲海默病患者進行掃描，本文研究中研究人員非常感興趣研究阿爾茲海默病如何影響患者的基底前腦結構，基底前腦是大腦中的深度結構，其能夠為大腦外皮層提供乙酰膽堿，而乙酰膽堿作為一種神經遞質，對于維持正常的大腦功能非常重要，研究者發現，隨著基底前腦結構中膽堿能神經元（cholinergic neurons）的退化，大腦皮層中接受膽堿能輸入的區域也會發生退化。

　　【7】Dev Cell：活體成像技術揭示大腦屏障破損修復機制

　　doi：10.1016/j.devcel.2019.01.016

　　我們體內稱為上皮組織的細胞覆蓋我們的器官，形成類似墻壁的屏障，保護我們免受細菌，病毒和其他致病入侵者的傷害。當這些細胞之間出現潛在的有害間隙時，分子開關會被翻轉以“通知維修工”修復泄漏。

　　密歇根大學的研究人員利用他們開發的新型實時成像技術，首次直接檢測到上皮組織中發生的短暫泄漏。他們的新顯微鏡屏障測定還使他們發現Rho的蛋白質的局部活化介導的修復機制。新的檢測方法有助于深入了解針對上皮屏障的疾病機制，包括由微生物和過敏原引起的疾病，以及各種炎癥狀態，免疫系統疾病，糖尿病甚至癌癥。據研究人員稱，該試驗可能可用于篩選治療這些疾病的藥物。

　　【8】Commun Physics：突破！新技術實現體內癌細胞三維成像！

　　doi：10.1038/s42005-017-0003-2

　　為了提供更好的癌癥治療方法，醫生和科學家們都需要對癌細胞有更深入的了解，而研究人員通常在試管中檢測單個細胞，在活體內檢測新發現。“我們的目標是在活體內觀察到單個癌細胞，以確定它們如何發揮功能，如何轉移以及如何對新療法產生反應。”來自MLU的醫學物理學家Jan Laufer教授說道，他是光聲成像領域的專家，這是一種可以使用超聲波產生高分辨率的體內三維圖像的方法。

　　問題在于腫瘤細胞是透明的，這使得光學技術很難在體內檢測到癌細胞。”Lufer解釋道。為了解決這個問題，他的研究小組開發了一種新方法：他們首先給癌細胞引入了一個特殊的基因，一旦進入細胞，這基因就可以產生光敏色素蛋白，這是一種源于植物和細菌的光感受器；隨后研究人員用兩種不同波長的光照射組織。

　　【9】Science：新型成像技術揭秘癌細胞如何遷移！

　　doi：10.1126/science.aaq1392

　　近日，一項刊登在國際雜志Science上的研究報告中，來自石溪大學的研究人員通過研究開發了一種聯合晶格層光顯微術（LLSM）和自適應光學(AO)的新型細胞成像技術，可以對細胞進行高分辨率的成像，同時可以捕捉到亞細胞過程，文章中，研究人員展示了這項技術如何觀察不同器官和不同發展時期以及不同條件（如有絲分裂、免疫反應和癌癥轉移）的細胞表型多樣性。

　　這項AO-LLSM技術為研究癌癥和其他疾病的科學家們研究細胞如何運動并適應不同的生理環境提供了新視角。他們成功地對乳腺癌細胞進行了高分辨率的時間延遲攝影，發現了這些癌細胞類似免疫細胞的行為。這些行為包括旋轉、卷曲和侵入血管。

　　【10】Sci Adv：科學家開發出新一代快速診斷癌癥等多種疾病的磁共振成像技術

　　doi：10.1126/sciadv.aao6250

　　近日，一項刊登在國際雜志Science Advances上的研究報告中，來自約克大學的研究人員通過研究開發出了一種新方法，這種新方法能夠使得人體中的天然分子發生磁化，從而就為開發新一代低成本的磁共振成像（MRI）技術提供了新的基礎，新一代MRI技術的開發也有望幫助科學家們有效診斷和治療多種疾病，包括癌癥、糖尿病和癡呆癥等。

　　MRI技術能能通過檢測分子的磁性從而創建圖像來工作，其實目前臨床醫學診斷領域一種關鍵的工具，然而當前的技術并非非常有效，醫院中一臺典型的掃描儀僅能夠在20萬個分子中有效檢測到一個分子，這似乎很難觀察到人類機體中所發生事件的完整圖像信息。目前改進的掃描儀在不同的國家中開始試用，但由于這些掃描儀的操作方式與常規的MRI掃描儀一樣，即利用超導磁鐵的方法，而且新型模型通常體積較為龐大且售價數百萬美元。