大脑耗氧量检测新技术取得进展

宾夕法尼亚大学的科学家表示，他们开发了一种新的光学方法，使用一对大分子磷光探针实时监测大脑耗氧代谢率(CMRO2)，同时监测脑血流量(CBF)临床前动物模型。他们的研究“功能激活期间脑氧梯度和血流的实时跟踪”出现在Neurophotonics上。

CMRO2表示大脑在给定时间内消耗了多少能量，是大脑活动的关键指标。CMRO2的直接量化是神经学的一个重要目标，因为CCMRO2是稳态条件下组织病理学的重要衡量标准，例如与癌症、创伤性脑损伤和中风相关的组织病理学。

此外，它在神经元活动期间的动态测量可以揭示大脑功能反应背后的代谢过程。据研究人员称，尽管目前的一些方法能够对CMRO2进行量化，但它们通常不提供有关代谢事件和血管反应的相对时间的信息。

“我们的方案提供了一个机会，可以实时直接观察大脑新陈代谢的变化，并同时比较血管对新陈代谢反应的反应，”该研究的通讯作者ArjunYodh博士说。“随着技术的发展，我们预计该方法将更广泛地用于测试药物和其他大脑代谢效应物，并且应该允许对代谢模型进行更严格的检查。”

测量大脑新陈代谢的新可能性

他补充说，据报道，这项研究首次证明了在大脑功能活跃时实时监测局部血流和组织氧梯度的能力。它通过揭示有关伴随神经元活动的生理过程的更多细节，为大脑新陈代谢的动态测量开辟了新的可能性。

“目前大多数动态跟踪CMRO2的方法都是基于血红蛋白氧饱和度和CBF的测量，因此CMRO2动力学与CBF的动力学有着内在的联系。我们想开发一种不受此限制的方法，”该研究的首席研究员SergeiA.Vinogradov博士解释说。

“我们的目标是开发一种微创光学技术，用于实时测量CMRO2和脑血流(CBF)，”研究人员写道。“我们使用了一对具有非重叠光谱的大分子磷光探针，它们位于脑组织的血管内和血管外隔室中，从而提供了这两个隔室之间的氧梯度读数。同时，我们使用激光散斑对比成像测量CBF。

“该方法能够在功能激活期间以高时间分辨率(~7Hz)计算和跟踪CMRO2。与其他方法相比，我们对CMRO2的评估不需要测量CBF或血红蛋白氧饱和度。

“血管内和血管外氧分压、CBF和CMRO2的独立记录提供了有关伴随神经元激活的生理事件的信息，为脑代谢的动态量化创造了机会。”

如上所述，关键步骤是找到一种方法来同时测量血管外和血管内氧气水平之间的差异。为此，研究人员将一种名为OxyphorPtR4的磷光探针注入血液中，并将另一种探针OxyphorPtG4直接注入血管之间的空间。两个Oxyphor有不同的颜色，通过使用两个不同的激光器，团队可以同时测量探针的信号，时间分辨率约为7Hz。

该技术应用于临床前模型，该团队展示了大脑功能激活期间CMRO2的实时计算和跟踪。使用第三种激光，研究人员还使用称为激光散斑对比成像的方法成功地同时测量了CBF和CMRO2。

西雅图儿童研究所发育生物学和再生医学中心的首席研究员AndyShih博士说：“这种在血管内外隔室中巧妙开发和使用探针对打开了测量大脑耗氧量的大门”