siat.cas.cn  
健康工程
 
您当前所在位置:首页 > 新闻动态 > 科研动态 > 健康工程
先进院成功研制亚波长分辨率反射式活体光声显微系统
2014-12-08 | 供稿:医工所 生物医学光学与分子影像研究室 | 【

  日前,中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究室宋亮课题组与郑炜课题组紧密合作,在高分辨率活体光声显微成像领域取得新进展。团队在国际上率先成功研制了空间分辨率高达320 nm的反射式光声显微系统,能够对活体组织微血管,乃至毛细血管中单个红细胞进行高精度的无外源标记成像,有望为探索肿瘤血管生成机制及开发针对血管的抗肿瘤治疗策略提供革新的技术手段。相关科研成果 “Reflection-mode in vivo photoacoustic microscopy with subwavelength lateral resolution” (亚波长分辨率反射式活体光声显微系统)发表在美国光学学会(OSA1111日出版的Biomedical Optics Express(生物医学光学快报)5(12): 4235上。 

  癌症严重威胁人类的健康,其预防与诊治已成为我国重大公共卫生问题。肿瘤血管生成是癌症的关键特征,除了为肿瘤提供氧之外,肿瘤新生血管还是癌细胞扩散转移的重要途径。在体高分辨率观察肿瘤新生血管是研究癌扩散和转移机制的先决条件,同时也是开展以血管为标靶的抗肿瘤治疗的重要辅助手段。目前广泛应用的共聚焦成像和多光子成像等技术可以实现高达亚微米的分辨率,然而需要借助于造影剂或基因改造等方法的血管标记手段不仅复杂,而且有可能会干扰组织微环境的自然属性。如何实现组织微血管的在体无标记高分辨率成像,进而监测活体肿瘤血管生成及其对药物干预的响应,一直是国内外肿瘤学成像领域的热点问题。 

  在宋亮与郑炜的联合指导下,宋伟和刘瑞敏等团队骨干利用血液固有的强光学吸收作用,巧妙结合光学变迹效应(optical apodization effect),设计了一款结构紧凑的光-声一体化探测装置。在此基础上,成功研制了具备反射式成像功能的亚波长分辨率在体光声显微系统。与传统成像手段不同,该系统通过探测血红蛋白吸收脉冲激光后产生的超声信号,获取血液的光学吸收特性,从而揭示微血管的形态结构和生理功能等信息。基于这一独特的成像对比机制,该系统无需外源造影剂即可成像复杂的微血管网络,为观察肿瘤血管的生成及其深层分子机制提供了新型可靠手段。 

  经表征,该系统的成像分辨率高达320 nm,是迄今为止国际上反射式光声成像技术实现的最高分辨率。体外细胞和活体动物成像结果证实,该系统不仅可以清晰呈现红血球和黑色素瘤细胞的亚细胞结构,而且能够高对比度地刻画微血管网络的三维形态结构。此外,该光声显微成像系统集成了高速激光扫描振镜,使图像采集速度大幅提高,为将来观测活体动物肿瘤血管的动态生理特征奠定了良好的基础。立足于上述研究成果,目前研究团队正着手构建融合光声和多光子等多种先进成像技术的高分辨率多模式显微系统,旨在获取恶性肿瘤及脑组织微环境的多重复杂生物学特征。针对该技术,研究团队申请了中国发明专利三项,并已获得一项授权,为相关技术的产业转化与推广应用奠定了基础。 

 

  反射式亚波长分辨率光声显微系统及其获得的细胞与微血管图像:(a) 光声显微系统示意图;(b-c)系统展示的红血球和黑色素瘤细胞的亚细胞结构;(d-e)系统获取的活体小鼠耳部3D微血管网络图