病理性衰老过程中小鼠全脑神经/血管网络成像新方法

The mechanism of brain aging is still an unsolved mystery, and neurons or blood vessels who start aging first in aging process is still unknown. Studying the fine structure of neurons and blood vessels during the aging process in the whole-brain range will help to elucidate the mechanism of brain aging. However, the traditional methods face problems of insufficient resolution or limited imaging range, thus, it is difficult to obtain high-resolution morphological information at the level of the whole brain. Based on our previous work, this project proposes a fast whole-brain optical imaging method based on series slicing and tissue optical clearing, as well as a whole-brain dual-mode optical imaging method based on high precision slicing for pathological aging models. The project plans to establish new aging animal models, design and build suitable optical imaging systems, so as to carry out the study on labeling, imaging and analyzing of fine structures of neurons / blood vessels and Aβ plaques during normal and pathological aging processes, with the aim of establishing a novel imaging and analyzing protocol for fine structures of mouse brain-wide neurons / blood vessels during aging. This project is expected to provide an innovative tool for analyzing the changes in neuron / blood vessel structure during the aging process and resolving the problem that neurons or blood vessels who start aging first. It will provide new perspective to the studies on aging and organ degeneration, so as to promote further development of related discipline about aging.

大脑衰老的机制仍是未解之谜，衰老过程中神经元和血管谁先衰老仍不得而知。全脑范围研究衰老过程中神经元及血管的三维精细结构的变化，将有助于阐述大脑衰老的机制。然而，传统的技术手段面临分辨率不足或成像范围局限的问题，难以在全脑水平获得高分辨的形态结构信息。本项目在我们前期研究的基础上，从病理性衰老模型出发，提出了基于切削与组织光透明的快速全脑光学成像方法和基于高精密切片的全脑双模式光学成像方法，设计并搭建相应的光学成像系统。在拟构建的新型衰老研究动物模型上，开展正常和病理性衰老过程中神经/血管及Aβ斑块精细结构的标记、成像与分析研究，以期建立一套获取与分析衰老过程小鼠全脑神经元/血管精细结构网络的新技术体系。本项目的实施将有望为解析衰老过程中神经/血管结构的精细变化、回答神经与血管谁先衰老提供新的研究工具，为衰老和器官退行性变化相关的研究提供新的思路，促进衰老相关学科的进一步发展。

大脑衰老的机制仍是未解之谜，衰老过程中神经元和血管谁先衰老仍不得而知。全脑范围研究衰老过程中神经元及血管的三维精细结构的变化，将有助于阐述大脑衰老的机制。然而，传统的技术手段面临分辨率不足或成像范围局限的问题，难以在全脑水平获得高分辨的形态结构信息。.针对这个重大需求，本项目开展了多方面的研究，建立了一套获取与分析正常或衰老疾病模型小鼠全脑神经元、血管和A斑块的精细结构的新技术体系。包括：构建了病理性衰老小鼠模型，评价了病理模型的有效性；筛选并优化了能够高效对全脑内血管及A斑块进行染色标记的方法。发展了能同时用于多色荧光并可保持荧光微弱信号的树脂或水凝胶包埋技术。.我们发明了基于切削的高分辨全脑快速显微光学成像方法，并研制了双波长成像系统。利用上述建立的方法，对正常和病理性衰老的不同阶段的小鼠进行全脑精细成像，分别获取了神经元、血管和A斑块精细结构的全脑高分辨图像数据；制定了海量数据分析的策略，开发对图像大数据进行处理和基于深度学习的区域分割方法，实现了对图像大数据进行处理及分析，解析正常及病理性衰老过程神经元/血管的形态结构变化。利用本项目建立的全脑大范围三维高分辨率技术方案，研究了5×FAD模型小鼠中血管和Aβ斑块的时空关联性，结果表明早在6周龄的5×FAD小鼠就表现有Aβ斑块病征，主要发生在由穹隆纤维束联系的海马下托、外侧隔核、下丘脑乳头体等脑区。研究了锥体神经元轴突病变和Aβ斑块病征的时空关联性，研究表明锥体神经元的轴突病变先出现在Papez环路的重点脑区，并随着年龄的增加而恶化。.本项目的实施为解析衰老过程中神经血管结构的精细变化、回答神经与血管谁先衰老提供新的研究工具，为衰老和器官退行性变化相关的研究提供新的思路，促进衰老相关学科的进一步发展。