利用Takoyaki超声技术对深层组织中的细胞和分子进行实时体积成像

《Nature Communications》：Real-time volumetric imaging of cells and molecules in deep tissues with Takoyaki ultrasound

　　

摘要

声学造影剂和报告基因在利用超声波可视化血流、绘制分子分布图以及追踪光学不透明生物体内的细胞功能方面发挥着关键作用。然而，许多需要高声压的先进造影剂主要在二维空间中进行成像，而我们感兴趣的生物现象实际上是三维发展的。在这里，我们介绍了一种使用多通道矩阵阵列换能器对造影剂和报告基因进行高效、动态三维成像的方法。我们的“Takoyaki”脉冲序列通过同时扫描多个焦点，以足够的声压激发造影剂以实现非线性成像，同时有效覆盖三维空间。首先，我们在体外使用气体囊泡造影剂对Takoyaki成像性能进行了表征和测试。接着，我们通过在小鼠胶质母细胞瘤模型中可视化声学报告基因的表达，证明了该方法在细胞成像中的实用性。最后，我们通过追踪脑室内注射造影剂前后脑室内液体运动的动态，展示了实时体积成像技术。Takoyaki成像技术在可用的多通道矩阵阵列系统限制下，能够提供三维空间中的时空信息，从而帮助我们更全面地理解生物过程。