本文转载自药明康德“康健新视野”微信公众号
很多小型实验动物，最常见的是小鼠，对新药开发、生理、病理以及临床前研究都是不可或缺的。如果能够更好的研究这些小动物的活体情况，对于很多研究来说更具参考价值，比如，肿瘤的发展，药物的递送，预后的研究。
来自杜克大学（Duke University）和华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）的研究人员开发了一种名为单脉冲光声计算机断层扫描（single-impulse photoacoustic computed tomography，SIP-PACT）的技术。这是一种新的光声技术组合，它能够提供惊人的高分辨率，可以实现对活体小动物实时的断层扫描。新技术能够观察到器官活体的样子，血液在流动、神经在放电、肿瘤在生长。研究发表在《Nature Biomedical Engineering》上。
▲利用光来诱导细胞发出超声波，这种技术可以在一分钟内完成活体小鼠的全身横截面扫描。（图片来源：杜克大学）
此前，这些动物模型的全身成像依赖于经典的非光学方法，例如包括磁共振成像（MRI），X射线计算机断层摄影（X射线CT），正电子发射断层扫描（PET）或单光子发射计算机断层摄影术（SPECT）和超声断层摄影（UST）。虽然这些技术可以提供深层次渗透，但是有着各种的局限性。以MRI为例，实现微观分辨率需要昂贵的高磁场和长的数据采集时间，范围从几秒到几分钟，对于动力学研究来说太慢了。X射线CT缺乏功能性对比，PET和SPECT单独使用时空间分辨率较差，另外，X射线CT，PET和SPECT会递送较强的电离辐射，对于活体来说，实在不适合全身使用。
我们今天所介绍的这种光声成像技术，则打破了之前长期存在的对小动物全身成像分辨率和速度的障碍，新技术快速的提供了小动物内部组织器官的完整截面图像。
▲使用新技术对小鼠体内肠道的工作实况进行光声成像。（图片来源：杜克大学）
传统的光学显微镜能够显示出组织吸收、发射光的快速、高分辨率图像，但是光穿透组织只有几毫米，严重限制了它的应用。超声波能够深入的穿透组织，但是不能够阅读组织的化学成分和光信息。SIP-PACT技术将光声成像整合到一个平台，该技术使用极短时间的激光脉冲进入组织，由于组织加热和膨胀从而产生超声波，然后超声换能器能够检测到这些声波来渲染图像。
▲SIP-PACT技术原理示意图（图片来源：《Nature Biomedical Engineering》）
这是一种安全的成像技术，目前，能够达到5厘米的深度以及亚毫米级别的分辨率，同时，能够保留光学显微镜的功能。升级后的设备可以对成年大鼠以每秒50次的频率进行横截面扫面，并且以120微米的分辨率对活体内部工作详情成像。
▲新技术通过测量氧水平对活体小鼠脑部的神经元放电进行跟踪，同功能性磁共振扫描相似。（图片来源：杜克大学）
研究人员表示，“全景效果提供了从四面八方所有角度的信息，这样你就不会错过从每个激光发射的任何信息。你可以观察到身体内部的实时运作——心脏泵血，动脉扩张，各种组织的运作。”
这种成像技术具有巨大的临床应用潜力，它很安全，且不依赖于任何注射的造影剂。目前，这种技术适用于临床前研究，对于药物开发、评价及疾病研究和治疗预后来说都将是强大的助力。
参考资料：
[1] Full Body OptoacousticFunctional Imaging of Small Animals
[2] Single-impulse panoramicphotoacoustic computed tomography of small-animal whole-body dynamics at highspatiotemporal resolution
[3] Lasers Make Sound Waves ThatReveal Live Views of Organs in Action
