基于超声定位显微镜探究原位大鼠胶质母细胞瘤核心区与侵袭区微血管异质性：开启脑癌研究新视角

《European Radiology Experimental》：Microvascular heterogeneity exploration in core and invasive zones of orthotopic rat glioblastoma via ultrasound localization microscopy

为解决胶质母细胞瘤（GBM）侵袭区微血管结构和功能难以精准评估的问题，研究人员开展了通过超声定位显微镜（ULM）探究原位 GBM 微血管结构和功能的研究。结果显示 ULM 可高分辨率成像，且侵袭区微血管特征与正常组织差异显著。这为评估抗血管生成治疗效果提供新方法。

　　胶质母细胞瘤（Glioblastoma multiforme，GBM）作为最常见的恶性脑肿瘤，严重威胁人类生命健康。它占原发性恶性中枢神经系统肿瘤的 50% 、胶质瘤的 57%，患者中位生存期仅 12.2 - 18.2 个月。GBM 的一大棘手难题是肿瘤诱导的邻近组织病理性新生血管化，其血管形态异常，如扩张、扭曲、分支异常和动静脉分流等。而且 GBM 血管壁发育异常，内皮细胞排列不连续，边缘微血管密度增加，这不仅促进肿瘤细胞扩散和侵袭，还导致肿瘤微环境尤其是微血管异质性显著，成为 GBM 治疗失败的关键因素。现有的成像技术在检测 GBM 微血管方面都存在一定的局限性，如磁共振成像（MRI）空间分辨率不足，无法清晰显示微血管结构；多光子荧光显微镜、光学相干断层扫描和光声显微镜等虽能揭示毛细血管水平的形态特征，但仅适用于表面成像和组织病理学检查。因此，开发一种能够高分辨率、非侵入性地评估 GBM 微血管结构和功能的技术迫在眉睫。

复旦大学的研究人员为了解决上述难题，开展了一项利用超声定位显微镜（Ultrasound Localization Microscopy，ULM）研究原位 GBM 微血管结构和功能的实验。研究成果发表在《European Radiology Experimental》上，为 GBM 的研究和治疗开辟了新方向。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，构建了 GBM 大鼠模型，选用 6 只 6 周龄、体重 200 - 250g 的雄性 Sprague - Dawley 大鼠，将 C6 大鼠胶质瘤细胞注入其尾状核。然后，使用 3.0T MRI 对大鼠进行扫描，获取肿瘤的基本影像学信息。接着，通过 ULM 对肿瘤核心区、侵袭区和正常脑组织的微血管进行成像，利用奇异值分解滤波等方法处理数据。同时，采用微计算机断层扫描（Micro - computed tomography，Micro - CT）和扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）对 ULM 的成像效果进行验证。最后，进行组织病理学分析，对肿瘤组织切片染色，计算相关指标。

研究结果主要分为以下几个方面：

1. ULM 对肿瘤微循环形态和功能的区分：对比肿瘤核心区和正常脑组织，侵袭区的血管直径、血管密度、分支、分支点、曲率、分形维数、方向方差和血流量均显著更高，而平均流速虽较低但无统计学差异。这表明侵袭区微血管结构更为复杂，血流灌注更活跃。
2. Micro - CT 与 ULM 的比较：在侵袭区，与 Micro - CT 相比，ULM 显示的血管直径显著减小，而血管密度、分支和分形维数显著增加。在肿瘤核心区也观察到类似趋势，这说明 ULM 在显示微血管结构方面具有更高的分辨率。
3. SEM 与 ULM 的比较：ULM 与 SEM 在血管直径、血管密度、分支、分支点和分形维数上无显著差异，但 ULM 显示的血管曲率显著更低。这可能是由于样本处理过程中导致 SEM 下血管位移和曲率增加。
4. 侵袭区微循环功能障碍的验证：侵袭区的组织病理学血管密度（VD - H）和增殖指数（PI）显著高于肿瘤核心区，而组织病理学血管成熟指数（VMI - H）显著低于肿瘤核心区，进一步证实了侵袭区微血管的异常状态。
5. 组织病理学评估与 ULM 衍生异质性指标的相关性：血管密度与 VD - H 呈强正相关，与分支点呈中度正相关；血管直径和血流量与 Ki67 呈强相关；血流速度和曲率与 PI 呈中度正相关；分形维数与 VMI - H 呈强负相关。这些相关性揭示了 ULM 参数与肿瘤生物学特征之间的内在联系。

研究结论和讨论部分指出，ULM 能够可靠地捕捉 GBM 的血管结构和血流动力学特征，为 GBM 微血管的研究提供了高分辨率、非侵入性的成像方法。通过与 Micro - CT 和 SEM 的对比，验证了 ULM 在微血管表征方面的有效性。此外，ULM 有望成为评估 GBM 抗血管治疗反应的有效工具，通过量化微血管正常化程度来监测治疗效果。然而，研究也存在一些局限性，如缺乏与参考标准分辨率匹配的体内成像方式，异氟烷对脑血流的影响以及开颅和长时间成像可能导致动物生理变化等。尽管如此，该研究为 GBM 的研究提供了新的视角和方法，未来可进一步研究 ULM 在监测肿瘤进展和治疗反应中的动态变化，为 GBM 的精准治疗奠定基础。