导语肺是呼吸系统的主要器官，除了主管呼吸功能以外还具备非呼吸性的防御、免疫及内分泌代谢功能等。肺对于我们人类来说至关重要，因此肺部发生的疾病也严重威胁着人类健康。由于充气肺与软组织之间的高对比度，CT成像可以以高空间和时间分辨率提供详细的结构信息，因此比其他方法更适合用于肺部疾病模型的监测。Micro-CT也即小动物CT，是临床探究肺部疾病的重要影像学工具。接下来小编就带大家了解Micro-CT用于肺疾病研究中的几个实例。
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Micro-CT用于检测肺部微环境肺是乳腺癌细胞最常见的转移器官之一。但由于治疗方法有限，据估计，60-70%的乳腺癌患者死于肺转移。通常来讲，在乳腺癌细胞到来之前，肺的微环境已经发生了变化。因此，通过监测肺部微环境进行早期诊断和治疗干预是非常必要的。图1.1动物实验程序流程图在本研究中，将4T1乳腺癌细胞接种到Balb/c小鼠耦合的腹部乳腺中，建立肿瘤模型。把小鼠分为对照组和4T1实验组，然后就要用到Micro-CT（HiscanXM，SuzhouHiscanInformationThechnologyCo.,Ltd）对接种肿瘤细胞的小鼠重复检查。下图分别显示了21天和28天后实验组的肺转移情况。图1.2肺转移小鼠具有代表性的Micro-CT图像和HE染色。acCT图像和HE染色在部分4T1荷瘤小鼠第21天检测到肺转移。bdCT图像和HE染色显示肿瘤接种第28天肺转移明显。实验发现，随着原发肿瘤的生长，CT图像中有细微的、均匀的弥漫性混浊，而肺组织的HE染色显示炎性细胞浸润增加。在第21天和第28天，CT图像和HE染色显示所有荷瘤小鼠都有明显的炎症细胞浸润。结果表明，Micro-CT可以用来观察肺内微环境的变化和转移情况。此外，与仅提供转移过程快照的组织病理学分析不同，Micro-CT还可以捕捉到来自动物的纵向信息。
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Micro-CT用于干细胞体内示踪
骨髓间充质干细胞(MSCs)由于其免疫调节和分化作用，目前正被探索用于特发性肺纤维化(IPF)的治疗。IPF是一种致命的间质性肺病，破坏肺的结构和功能，主要特征为成纤维细胞增生和细胞外基质过度沉积。由于人骨髓间充质干细胞有望在早期炎症和晚期纤维化阶段发挥作用，因此实现其体内持续追踪是非常有意义的。
金纳米粒子(AuNPs)由于其显著的X射线衰减系数、良好的生物相容性以及易于制备和表面修饰的优点，被广泛应用于MSCs的CT示踪。以下将介绍Micro-CT用于MSCs示踪的具体应用，首先列举三种金纳米粒子CT示踪剂：
1、金纳米粒子(AuNPs)
2、温度敏感金纳米颗粒(TRAuNPs)
3、PH敏感金纳米颗粒(CPP-PSD
Au)以PH敏感金纳米颗粒(CPP-PSD
Au)作为示踪剂为例，实验主要流程是首先将博来霉素(BLM)气管注射到小鼠体内，构建特发性肺纤维化(IPF)小鼠模型。BLM诱导一周后，将标记的骨髓间充质干细胞(MSCs)经气管内注射移植到IPF模型小鼠的肺内，然后进行CT（HiscanXM，SuzhouHiscanInformationThechnologyCo.,Ltd）成像，跟踪移植的MSCs，同时诊断肺纤维化的进展。为了研究标记的MSCs的CT增强效果，将标记的MSCs与示踪剂共同孵育，与未标记的MSCs相比，经标记的MSCs有较高的CT值，便于体内CT成像检测到标记的MSCs。下图展示了三种示踪剂的CT成像效果。
图2.2不同浓度的示踪剂CT成像效果实验结果表明，用示踪剂标记的细胞显出较强的CT成像信号，说明用CT技术可以在体内检测和定量标记MSCs，从而可以通过CT成像技术阐明移植的MSCs行为与IPF治疗之间的关系。下图展示了标记的MSCs移植后不同时期的肺部CT图像，表明借助Micro-CT可以长期持续地跟踪体内的骨髓间充质干细胞。图2.3示踪剂标记的骨髓间充质干细胞移植后不同天数后的体内CT图像。移植前的肺部图像作为对照。同时大量研究也表明，通过金纳米示踪剂标记的移植干细胞的长时程、精准CT活体示踪，并结合其他生物影像手段，有利于全面、深刻理解疾病治疗过程中干细胞的作用机制，指导干细胞的有效、安全治疗，加快干细胞疗法在临床的广泛应用，为众多患者带来新的希望。
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Micro-CT用于新型冠状病毒的研究新型冠状病毒(SARS-CoV-2)在世界范围的持续蔓延，已经导致数以万计的人死亡。在寻找有效治疗方法时，迫切需要建立人体SARS-CoV-2的动物模型。该研究比较了不同谱系的野生型(WT)小鼠感染SARS-CoV-2的情况，并匹配了具有适应性和先天免疫关键成分有敲除(KO)的转基因小鼠品系。并且使用原始患者分离毒株，采用细胞培养第4代(P4)和P6代的SARS-CoV-2病毒培养液。
在该研究中，将几种野生型(WT)和敲除型小鼠鼻内接种第4代(P4)SARS-CoV-2毒株。在接种后指定的天数采集肺部信息以测定病毒RNA水平，并对肺损伤进行评定。然后用KO仓鼠来评估SARS-CoV-2免疫应答对肺病理的影响。在感染的野生型(WT)仓鼠中，观察到以多形核白细胞浸润、支气管肺炎和水肿为特征的明显肺部病理。下图展示了几个具有代表性的横向显微ct图像。
图3.2具有代表性的横向显微ct图像。黄色箭头表示肺浸润，可见肺实质实变。
干扰素是对抗病毒感染的第一线先天免疫防御。对于包括SARS-CoV-1在内的许多呼吸道病毒，IFN信号（特别是I型和III型）在限制体内感染方面发挥了重要作用。实验结果发现，与小鼠相比，叙利亚仓鼠更易感染SARS-CoV-2病毒和病毒诱导的肺部疾病。在仓鼠中，先天性免疫反应失调是SARS-CoV-2发病机制背后的驱动力，其中信号转导器和转录因子2激活因子(STAT2)依赖的I型和III型IFN信号在其中发挥双重作用：一方面限制感染和传播，但另一方面推动肺部疾病的恶化。