新型成像技术如何改善人类健康研究？
本文整理了多篇研究成果，共同解读新型成像技术如何改善科学家们对人类健康的研究！
图片来源：Science Advances
【1】Science子刊：新成像技术揭示大脑如何处理信息
doi：10.1126/sciadv.aau7046
如今，科学家们发现了一种新的方法，可以快速有效地绘制出大脑神经元之间巨大的连接网络，他们将红外激光刺激技术与动物的功能性磁共振成像相结合，生成了大脑连接的图谱，相关研究成果发表在Science Advances杂志上。
这种新技术能够以高精度轻松地绘制活体大脑的连接图为医学和工程领域的其他应用打开了大门；研究人员将一根200微米的光纤穿入研究动物的大脑，并刺激大脑的特定区域。然后，他们能够通过测量不同区域血氧水平的超高场核磁共振成像(MRIs)看到一系列串联的活连接传统上，研究人员通过将染料直接注入大脑并在死后重建这些连接，绘制出了大脑中这些连接的图谱，这是一个非常缓慢、昂贵和耗时的过程。
【2】Sci Rep：计算机成像技术揭示肿瘤内血流信号
doi：10.1038/s41598-019-40888-w
近日，来自约翰霍普金斯大学医学的研究人员表示，他们开发了一种类似于“谷歌地图”的方法，可以更准确地计算和可视化肿瘤生长所需的结构和功能性血管变化。通过将来自动物模型的肿瘤标本的高质量3D成像数据与复杂的数学公式配对，研究人员表示，他们现在拥有一个能够准确表示肿瘤内血液流量的模型，包括复杂的血流量，氧合作用和发生的结构变化，相关研究刊登在国际杂志Nature Scientific Reports上。
研究者表示，该项目的开发是为了解决癌症生物学在生长和发展肿瘤中的复杂性。他认为需要更好的预测模型，因为许多现有模型采用了肿瘤血管复杂几何形状的基本近似；“肿瘤'微环境'的不良表现使模型和基于它们的研究不太准确。所以我想，我如何利用我的成像专业知识来改善建模人员可用的信息。
【3】Cancer Cell：新成像技术揭示乳腺癌的可塑性
doi：10.1016/j.ccell.2019.02.010
沃尔特和伊丽莎霍尔医学研究所的研究人员开发了一种新的成像技术，可以看到肿瘤内癌细胞进化的关键步骤，这可能揭示乳腺癌如何逃避治疗。利用乳腺癌的实验室模型，研究人员能够以以前无法达到的高分辨率从三维角度观察肿瘤。这揭示了癌细胞是如何从乳腺导管的癌前细胞发育而来的，以及随着时间的推移肿瘤中发生的变化。
这项最近发表在Cancer Cell杂志上的研究表明，乳腺癌细胞本质上是可变的，从一种细胞类型转变为另一种细胞，在分子水平上类似于更容易扩散的细胞。乳腺正常细胞向癌细胞的转化经历了许多阶段，“癌前”细胞进化为早期癌细胞，随后癌细胞可能发生变化，使细胞更有可能从肿瘤扩散出去。到目前为止，还不可能在整个肿瘤中看到单个克隆体——由单个癌前细胞衍生而来的“姐妹”细胞。
【4】J Nuc Med：新型成像技术能够监测阿尔兹海默症的病情进展
doi：10.2967/jnumed.118.217703
近日，一项刊登在国际杂志Journal of Nuclear Medicine上的研究报告中，来自国外的研究人员发现了一种更好地预测阿尔茨海默病进展的方法，其能通过正电子发射断层扫描（PET）对小胶质细胞激活水平进行成像，能够比β-淀粉样蛋白PET成像更好地预测疾病的进展。
据阿尔茨海默氏症协会称，目前估计有530万美国人患有阿尔茨海默病。到2025年，这一数字预计将增加到700多万。阿尔茨海默病患者的标志性脑变化包括β-淀粉样斑块的积累。当来自中枢神经系统的小神经胶质细胞识别β-淀粉样斑块的存在时，它们在脑中产生炎症反应。
【5】Cancer Res：成像技术帮助鉴别肿瘤对放疗的耐受性
doi：10.1158/0008-5472.CAN-18-2732
根据最近一项研究，研究人员在头颈癌患者中进行临床试验，以确定拉曼光谱（一种非侵入性成像技术）能否有效地使一些患者免于无效放射治疗的毒副作用。
来自阿肯色大学，约翰霍普金斯大学和阿肯色大学医学科学（UAMS）的研究人员使用成像技术，发现辐射后小鼠的治疗敏感性和治疗抗性肿瘤之间存在差异。他们的研究结果发表在美国癌症研究协会期刊癌症研究中心，该研究揭示了脂质和胶原蛋白含量的统计学显着差异，这些差异有可能在治疗方案的早期识别出治疗抗性肿瘤。
【6】Cell Rep：利用组合性成像技术成功追踪阿尔兹海默病患者大脑的退化过程
doi：10.1016/j.celrep.2018.06.001
近日，一项刊登在国际杂志Cell Reports上的研究报告中，来自麦吉尔大学和蒙特利尔神经科学研究所的研究人员通过研究开发了一种特殊的技术来追踪阿尔兹海默病患者所发生的大脑退化过程，相关研究或能帮助研究者阐明为何患者大脑中所发生的退化会从一个区域扩散到另一个区域。
目前研究人员能够利用结构化的磁共振成像技术（sMRI）和正电子成像技术（PET）来对早期阶段的阿尔兹海默病患者进行扫描，本文研究中研究人员非常感兴趣研究阿尔兹海默病如何影响患者的基底前脑结构，基底前脑是大脑中的深度结构，其能够为大脑外皮层提供乙酰胆碱，而乙酰胆碱作为一种神经递质，对于维持正常的大脑功能非常重要，研究者发现，随着基底前脑结构中胆碱能神经元（cholinergic neurons）的退化，大脑皮层中接受胆碱能输入的区域也会发生退化。
【7】Dev Cell：活体成像技术揭示大脑屏障破损修复机制
doi：10.1016/j.devcel.2019.01.016
我们体内称为上皮组织的细胞覆盖我们的器官，形成类似墙壁的屏障，保护我们免受细菌，病毒和其他致病入侵者的伤害。当这些细胞之间出现潜在的有害间隙时，分子开关会被翻转以“通知维修工”修复泄漏。
密歇根大学的研究人员利用他们开发的新型实时成像技术，首次直接检测到上皮组织中发生的短暂泄漏。他们的新显微镜屏障测定还使他们发现Rho的蛋白质的局部活化介导的修复机制。新的检测方法有助于深入了解针对上皮屏障的疾病机制，包括由微生物和过敏原引起的疾病，以及各种炎症状态，免疫系统疾病，糖尿病甚至癌症。据研究人员称，该试验可能可用于筛选治疗这些疾病的药物。
【8】Commun Physics：突破！新技术实现体内癌细胞三维成像！
doi：10.1038/s42005-017-0003-2
为了提供更好的癌症治疗方法，医生和科学家们都需要对癌细胞有更深入的了解，而研究人员通常在试管中检测单个细胞，在活体内检测新发现。“我们的目标是在活体内观察到单个癌细胞，以确定它们如何发挥功能，如何转移以及如何对新疗法产生反应。”来自MLU的医学物理学家Jan Laufer教授说道，他是光声成像领域的专家，这是一种可以使用超声波产生高分辨率的体内三维图像的方法。
问题在于肿瘤细胞是透明的，这使得光学技术很难在体内检测到癌细胞。”Lufer解释道。为了解决这个问题，他的研究小组开发了一种新方法：他们首先给癌细胞引入了一个特殊的基因，一旦进入细胞，这基因就可以产生光敏色素蛋白，这是一种源于植物和细菌的光感受器；随后研究人员用两种不同波长的光照射组织。
【9】Science：新型成像技术揭秘癌细胞如何迁移！
doi：10.1126/science.aaq1392
近日，一项刊登在国际杂志Science上的研究报告中，来自石溪大学的研究人员通过研究开发了一种联合晶格层光显微术（LLSM）和自适应光学(AO)的新型细胞成像技术，可以对细胞进行高分辨率的成像，同时可以捕捉到亚细胞过程，文章中，研究人员展示了这项技术如何观察不同器官和不同发展时期以及不同条件（如有丝分裂、免疫反应和癌症转移）的细胞表型多样性。
这项AO-LLSM技术为研究癌症和其他疾病的科学家们研究细胞如何运动并适应不同的生理环境提供了新视角。他们成功地对乳腺癌细胞进行了高分辨率的时间延迟摄影，发现了这些癌细胞类似免疫细胞的行为。这些行为包括旋转、卷曲和侵入血管。
【10】Sci Adv：科学家开发出新一代快速诊断癌症等多种疾病的磁共振成像技术
doi：10.1126/sciadv.aao6250
近日，一项刊登在国际杂志Science Advances上的研究报告中，来自约克大学的研究人员通过研究开发出了一种新方法，这种新方法能够使得人体中的天然分子发生磁化，从而就为开发新一代低成本的磁共振成像（MRI）技术提供了新的基础，新一代MRI技术的开发也有望帮助科学家们有效诊断和治疗多种疾病，包括癌症、糖尿病和痴呆症等。
MRI技术能能通过检测分子的磁性从而创建图像来工作，其实目前临床医学诊断领域一种关键的工具，然而当前的技术并非非常有效，医院中一台典型的扫描仪仅能够在20万个分子中有效检测到一个分子，这似乎很难观察到人类机体中所发生事件的完整图像信息。目前改进的扫描仪在不同的国家中开始试用，但由于这些扫描仪的操作方式与常规的MRI扫描仪一样，即利用超导磁铁的方法，而且新型模型通常体积较为庞大且售价数百万美元。
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