近日，中国科学院精密丈量科学与技能创新研究院、中科院深圳前辈技能研究院研究职员基于新型基因编码生物磁共振成像技能，建立了在体无创全脑检测星形胶质细胞的新技能。
星形胶质细胞是哺乳动物中枢神经系统（Central nervous system，CNS）中含量最丰富、分布最广、胞体最大的一种神经胶质细胞。星形胶质细胞具有多种主要的生物学功能，其功能非常参与多种疾病的致病过程。然而，星形胶质细胞形态不均且高度繁芜，在同一脑区或不同脑区之间均有不同，且在生理和病理状态下也是动态变革的。因此，全脑维度无损检测并跟踪星形胶质细胞动态变革的干系技能研发迫不及待。研究团队通过整合重组腺干系病毒载体（rAAV）和磁共振成像活体检测的上风，逐步在细胞水平、脑区水平及全脑水平实现星形胶质细胞的活体无损检测（图1）。
自2016年起，研究团队联合磁共振成像与病毒基因改造技能，率先提出一种新型基因编码生物磁共振成像技能，逐步实现神经元网络（Neuroimage，2019；Human Brain Mapping，2021）和星形胶质细胞（Molecular Psychiatry，2022）在体水平的无创检测。个中，rAAV是近年来发展极为迅速的一类工具病毒，是研究神经科学干系问题和基因治疗的主要载体。该团队首先对rAAV工具病毒的衣壳蛋白进行突变改造，并利用人类胶质纤维蛋白的启动子GFAP构建rAAV载体，提升了病毒工具在星形胶质细胞的转导效率（图2）。
水通道蛋白（Aquaporin，AQP）是一组高度守旧的跨膜转运蛋白，对水具有高度选择通透性。过表达AQP1蛋白可产生弥散加权成像（Diffusion-weighted imaging，DWI）旗子暗记的改变，因而水通道蛋白基因可作为磁共振成像报告基因。研究团队进一步对病毒载体rAAV2/5和rAAV2/PHP.eB进行优化改造，使其同时携带水通道蛋白报告基因和荧光元件，构建了新型工具病毒，逐步实现脑区和全脑水平的星形胶质细胞的无创活体成像。在全脑成像研究中，该团队构建可高效通过血脑樊篱的新型rAAV2/PHP.eB-AQP1-EGFP工具病毒，利用尾静脉注射技能将该病毒注入小鼠体内，在病毒表达两周和三周后分别进行MRI活体成像，并且利用荧光成像对活体成像效果进行评估（图3）。研究结果显示，该新型基因编码生物磁共振成像技能不仅可实现星形胶质细胞的活体全脑成像，而且其成像韶光适用于常用的光遗传学、药理遗传学干系研究。
全脑维度星形胶质细胞检测技能的开拓将有助于加强对星形胶质细胞功能的理解，提升对其在调控全体中枢神经网络中的认识，为研究神经系统疾病的致病机制和治疗靶点供应了新思路。其余，该技能可运用到疾病模型小鼠干系的星形胶质细胞非常的机制研究中，为此类疾病的早期预防起到主要浸染。
该研究以In vivo Imaging of Astrocytes in the Whole Brain with Engineered AAVs and Diffusion Weighted Magnetic Resonance Imaging为题揭橥在Molecular Psychiatry上。干系研究事情得到国家自然科学基金等项目的支持。
全脑无损检测星形胶质细胞的研究策略
AAV病毒载体突变位点示意图及重组改造后特异性标记星形胶质细胞效果
活体全脑星形胶质细胞成像及其荧光成像效果验证
来源：中国科学院精密丈量科学与技能创新研究院
