系统所奚望/王菁联合钱骏团队开发高效AIE探针辅助的猕猴脑皮层血管大深度三光子荧光显微成像

浙江大学系统神经与认知科学研究所副研究员奚望，Anna Wang Roe教授以及浙江大学光电学院钱骏教授团队合作开发了一套适用于猕猴脑部皮层活体大深度成像的三光子荧光显微成像系统、配合相应的成像探针，实现了当前活体猕猴脑部多光子荧光显微成像的最大深度。相关成果以标题为“Large-depth three-photon fluorescence microscopy imaging of cortical microvasculature on nonhuman primates with bright AIE probe In vivo”于近期（2022.10）发表在Biomaterials。文章的第一作者为浙江大学系统神经与认知科学研究所博士后张鹤群，共同第一作者为博士生付鹏和研究助理柳荫。系统所多光子成像平台为本文提供了技术支持。浙江大学系统所副研究员奚望、Anna Wang Roe教授以及光电学院钱骏教授为本文的共同通讯作者。

非人类灵长类动物，由于其和人类的基因和解剖结构更为接近，研究其脑部活动对于了解人类脑功能具有重要意义。多光子荧光显微成像技术作为先进的活体脑成像手段，可以在脑部接近无损的条件下进行毫米量级的较大深度成像，为实时研究脑部神经活动和血管结构提供了可能。对比当今较为成熟的双光子显微技术，在活体猕猴皮层的成像深度，还停留在500-600 μm，限制了其在更深层皮层结构上的使用。利用更为先进的三光子显微系统，可以提高成像的穿透深度，获取更深层脑组织的信息，但是在活体猕猴脑部成像领域，尚缺少大深度三光子荧光显微成像的工作。

本工作利用实验室自主搭建和优化的多光子荧光扫描显微系统，在高亮度AIE纳米颗粒探针的辅助下，首次在猕猴这一非人灵长类模式动物上，实现皮层血管的大深度（~1000 μm）三光子荧光显微成像。首先，通过实验室搭建和优化的成像系统，配合色散补偿的1300 nm波段的飞秒激光，可以实现高效的三光子荧光激发。在此基础上，通过同步采集等手段，保证了猕猴活体成像中，荧光信号的稳定采集。利用合作单位提供的高效AIE探针，采用静脉注射的方式标记了猕猴血管，并在活体情况下对脑皮层精细至毛细血管的血管结构进行了局部记录，成像深度高达980 μm。在此基础上，对血管结构进行了提取和建模分析，对不同模式动物（小鼠、猕猴）的血管结构参数，进行了数值化对比。利用此系统还可以采集血流的动态信息，对不同深度的血流速度进行检测。实验结果初步验证了猕猴和小鼠在血管结构分布上具有明显的差异，猕猴血管沿功能柱的轴向分布更为明显，而小鼠血管在轴向和横向上的分布都更为平均。研究结果为活体情况下研究猕猴脑部精细结构和功能提供了一个有潜力的成像手段，给在更深部脑区进行成像和研究提供了可能性。

2022年8月课题组博士后张鹤群、博士生朱亮还在Small Methods上发表一篇标题为“Imaging the deep spinal cord microvascular structure and function with high-speed NIR-II fluorescence microscopy”的文章。文章作为该期卷首插页推荐。该工作基于商用显微镜框架设计和搭建了一套集单光子/多光子/红外二区（NIR-II）荧光成像于一体的多模式成像系统。利用该系统，配合ICG标记的血红细胞及NIR-II染料，实现了小鼠脊髓血管的大深度(~350 μm）结构成像以及高速流动血红细胞的监测（100 FPS）。并通过该成像手段探究了同侧和对侧腿部电刺激过程中，脊髓血流速度变化趋势的异同。

文章的第一作者为浙江大学系统神经与认知科学研究所博士后张鹤群，共同第一作者为博士生朱亮，系统所多光子成像平台为本文提供了技术支持。浙江大学系统所副研究员奚望、光电学院钱骏教授以及医学院附属第二医院严敏教授为本文的共同通讯作者。

相关工作受到科技部2030重大计划，国家自然科学基金，浙江省领雁计划，浙江省自然科学基金，中央高校基本科研基金等基金资助，以及浙江大学脑与脑机融合前沿科学中心、浙江大学生物医学工程教育部重点实验室等大力支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121809。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.202200155。

来源：奚望课题组

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