组织光透明结合光学成像研究小鼠卒中后神经肌肉接头三维结构变化

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卒中是威胁人类健康的三大杀手之一,具有极高的致死率和致残率。其中,缺血性卒中患病率占卒中的70%以上,患者往往伴有不同程度的功能损伤,运动功能障碍是最为常见的一种。神经肌肉接头是神经-肌肉间进行信号传递、控制肌肉收缩的关键结构,与运动功能密切相关。关于卒中引发运动功能障碍对骨骼肌内神经肌肉接头影响的研究较少,且针对神经肌肉接头结构的观察主要是基于传统组织切片,缺乏三维整体结构信息。本人硕士期间的工作正是围绕小鼠卒中后神经肌肉接头变化而展开,将组织光透明与光学成像结合,获取神经肌肉接头三维空间分布及精细结构。其主要的研究内容与结果如下:(1)光透明颅窗结合光动力效应诱导小鼠卒中模型的构建与评估:将光透明颅窗和光动力效应相结合,实施小鼠运动皮层的靶向光栓,构建缺血性卒中模型。利用激光散斑衬比成像技术、TTC染色及神经元核免疫荧光染色对卒中模型的有效性进行评估;并通过行为学测试,评估小鼠卒中后运动功能的变化。结果表明,光透明颅窗结合光动力效应实现了对小鼠运动皮层的靶向栓塞,并显著影响其运动功能,成功构建了小鼠运动皮层缺血性卒中模型。(2)光透明成像研究单侧运动皮层卒中对神经肌肉接头的影响:基于上述运动皮层卒中模型,对卒中后1 m、3 m、6 m的小鼠神经肌肉接头进行荧光标记(α-BTX)及透明处理(FDISCO),利用光片荧光显微镜实施三维整体成像,获取骨骼肌内神经肌肉接头的三维整体分布,并对其数量进行统计分析,发现单侧运动皮层卒中并不会引起神经肌肉接头三维整体分布及数量的变化;进一步利用共聚焦显微镜观察神经肌肉接头的精细结构,发现轻度卒中并未引起神经肌肉接头形态结构的显著变化,但重度卒中会引起小鼠神经肌肉接头的严重碎片化及面积膨大,这种变化会随时间逐渐加剧。(3)光透明成像研究双侧运动皮层卒中对神经肌肉接头的影响:构建小鼠双侧运动皮层卒中模型,以阻断对侧运动皮层代偿,利用转棒及网格行走行为学测试评估小鼠运动功能。进一步,结合组织光透明与光学成像研究双侧运动皮层卒中对神经肌肉接头的影响。结果发现:相比于单侧运动皮层卒中,双侧运动皮层卒中损伤引起的小鼠四肢协调能力(转棒)显著下降,但二者在单个肢体的控制能力(网格行走)上并没有表现出显著差异;双侧运动皮层卒中后,神经肌肉接头的三维整体分布与数量未发生显著变化,碎片化程度及面积的改变与单侧运动皮层损伤相当。综上所述,基于光透明颅窗及光动力效应成功构建了靶向运动皮层的光栓卒中模型,组织光透明结合光学成像能获取骨骼肌内神经肌肉接头的三维分布及精细结构信息,不同程度的单侧/双侧运动皮层卒中损伤所引起的骨骼肌内神经肌肉接头三维结构的变化,为深入探究卒中后的运动功能相关变化提供了重要的结构基础。
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