病毒性腦炎是一類嚴重的中樞神經系統感染性疾病,單純皰疹病毒性腦炎的死亡率高達20%,幸存者中半數遺留長期神經功能缺損。血腦屏障的破壞是病毒性腦炎的關鍵病理事件——屏障完整性喪失導致血漿成分漏入腦實質,引發血管源性水腫和炎細胞浸潤,加重腦損傷。然而,評價血腦屏障破壞程度傳統上依賴伊文思藍或熒光素鈉灌注后取腦勻漿檢測。這種方法只能獲得染料外滲的總量,丟失了空間信息——研究者無法判斷屏障破壞究竟發生在哪個腦區、是局灶性還是彌漫性、是否與病毒復制的區域一致。
科辰星飛系統通過熒光素酶標記的免疫細胞過繼轉移模型,為這一問題提供了新穎的解決思路。研究者從供體小鼠分離T淋巴細胞,用攜帶熒光素酶報告基因的慢病毒轉染后擴增,再經尾靜脈回輸至已感染單純皰疹病毒的小鼠體內。這些標記細胞在正常血腦屏障完整的情況下無法進入腦實質;只有當屏障破壞時,它們才能穿過腦血管內皮進入腦組織,從而產生局部發光信號。
使用科辰星飛系統對同一組小鼠進行連續5天的活體成像,結果顯示:病毒感染后第1天,全腦無信號;第2天,腦室周圍區域出現微弱但可檢測的信號;第3天,信號強度顯著增加,空間分布顯示主要集中于海馬區和顳葉皮層——這正是單純皰疹病毒最常侵犯的腦區;第4天,信號擴散至大腦皮層大部分區域;第5天達到峰值,信號強度較第2天升高了15倍。對照實驗采用無病毒感染小鼠回輸標記細胞,全程無信號。科辰星飛對顱骨和腦組織高散射特性的優化光路——包括光散射校正算法和高數值孔徑鏡頭——使得跨越顱骨屏障的微弱信號得以清晰捕獲。
該技術可在活體動物中同時評價兩個關鍵事件:病毒感染的腦區定位(通過病毒自身的信號或下游炎癥信號)以及血腦屏障破壞的空間范圍(通過標記免疫細胞的外滲)??瞥叫秋w使中樞神經系統炎癥的空間動態學研究從“切片推測"升級為“活體所見即所得"。