腦血管疾病，尤其是缺血性中風，是全球范圍內導致死亡和殘疾的主要原因之一。中風的發生通常與腦血管的阻塞有關，這會導致腦組織缺氧和細胞死亡。因此，深入研究腦血管結構和神經變化對于理解中風等腦部疾病的病理機制至關重要。傳統的組織學方法由于會破壞組織的三維結構，限制了對腦血管網絡的精確分析。而組織光學透明化技術的出現，為解決這一難題提供了新的途徑。研究通過應用組織透明化技術，結合光片和共聚焦顯微鏡，成功獲取了大鼠腦血管的高分辨率三維圖像，為腦血管疾病的研究提供了新的視角和方法。

研究背景與技術挑戰
中風是導致死亡和殘疾的主要原因之一，其中約88%的病例是由腦血管阻塞引起的缺血性中風。由于大腦中動脈是中風的常見部位，因此中動脈閉塞（MCAO）模型被廣泛用作研究局灶性腦缺血的標準動物模型。以往的研究主要集中在神經元丟失、神經損傷級聯反應、神經細胞拯救以及缺血性腦損傷后的神經元重組等方面。然而，由于大腦血液供應的減少會導致腦損傷，

因此近年來研究重點逐漸轉向量化腦血管系統的血管參數。現有的物理切割工具和成像技術，如磁共振成像，在解析血管組織和血管系統可塑性方面存在局限性。組織透明化技術結合先進的光學成像設備和分析程序，能夠識別生物信息的三維環境，為研究腦血管系統提供了新的可能性。

技術創新與應用
實驗流程
研究創新性地應用了組織透明化技術，結合光片和共聚焦顯微鏡，對大鼠腦血管進行高分辨率三維成像。通過將熒光番茄凝集素直接注入大鼠心臟進行血管染色，研究人員在大鼠腦部厚切片中重建了三維血管結構。隨后，利用三維渲染和血管擬合絲模型進行分析。

成像顯示分析
結果顯示，與非缺血區域相比，缺血區域的血管直徑和密度顯著減少。此外，通過免疫染色0.5毫米厚的腦切片，研究人員發現同側區域神經元丟失顯著，星形膠質細胞熒光強度增加。這些方法不僅能夠更準確地分析腦血管系統和神經變化，還能拓寬研究范圍，為各種腦部疾病的研究提供有力工具。

成像實驗與結果分析
三維血管網絡量化分析
在實驗中，研究人員對大鼠進行了中動脈閉塞手術，模擬人類中風模型。24小時后，通過組織透明化技術和光片顯微鏡對腦組織進行成像。結果顯示，缺血區域的血管密度和直徑顯著降低，神經元數量減少，星形膠質細胞活性增強。通過三維重建和定量分析，研究人員能夠精確測量血管參數和神經元變化。例如，在缺血區域，血管長度和直徑均顯著減少，尤其是直徑小于15微米的微血管受損更為嚴重。

總結與展望
研究通過組織透明化技術結合光片和共聚焦顯微鏡，成功實現了對大鼠腦血管和神經變化的三維可視化和定量分析。這一技術突破了傳統方法的局限，為腦血管疾病的研究提供了新的視角和方法。未來，隨著技術的進一步優化和應用范圍的擴大，組織透明化技術有望在更多類型的腦部疾病研究中發揮重要作用，為揭示疾病機制、開發新的治療方法提供有力支持。

DOI:org/10.1038/s41598-022-19575-w.