Small Structures:活体神经成像研究进展综述:荧光成像技术用于手术中神经保护

外科手术过程中神经意外横断或损伤,导致患者部分活动功能衰退甚至永久丧失。目前的神经成像方式,如磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)和高分辨率超声(US),不能在手术过程中为外科医生提供实时指导。以往的术中神经识别主要依靠外科医生的临床经验。近年来,荧光成像技术使得手术部位特殊结构的直接可视化成为可能,该技术有助于手术过程中的神经识别,实现精准切除,避免关键神经损伤。因此,术中神经可视化的重要性不言而喻。尽管有着明确的医学需求,但由于外周神经纤维的复杂结构和特性(血管-神经屏障),对神经的特异性靶向尤为困难。因此,推动活体荧光神经成像技术向临床转化发展依然需要付出巨大的努力。

基于此,复旦大学张凡教授团队针对荧光神经成像技术进行了系统的讨论与总结,并在Small Structures上发表相关综述论文(DOI: 10.1002/sstr.202000036)。在这篇文章中,作者首先介绍了外周神经纤维的生物学结构和血管神经屏障。指出神经纤维结构中存在的三个靶向位点(神经元轴突、髓鞘、神经内膜),以及靶向神经纤维的探针所需的理化性质。随后作者总结能够靶向相应位点的探针类型,包括采用病毒、细菌毒素、蛋白/多肽等与荧光团结合的复合探针以及同时具有靶向性和内源性荧光的有机小分子探针,讨论现有靶向神经纤维的光学探针所具有的优势和存在的不足。最后,作者对推动活体荧光神经成像技术临床转化所面临的挑战与机遇进行了汇总和前瞻性分析,主要讨论了能够特异性靶向神经的光学探针的设计原理,例如增强成像技术信噪比,设计长波长荧光探针、基于荧光寿命成像的探针、可激活性探针等;以及理想光学探针具备的性质,包括分子尺寸、水溶性、稳定性和生物相容性等。此外,荧光信号检测装置(成像设备)的发展也是推动活体荧光神经成像技术向临床转化的关键因素,作者简单总结了针对临床需求的成像装置所需的条件。同时,作者还指出在活体成像过程中荧光探针的给药方式也需要仔细斟酌,针对不同的手术方案与对神经保护的需求,对系统给药和局部给药进行了详细比较。