在體皮膚光透明機制的定量研究

《在體皮膚光透明機制的定量研究》是依託華中科技大學，由朱丹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：在體皮膚光透明機制的定量研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱丹
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

皮膚的混濁特性限制了光學分子成像的活體套用及多種光診療技術的臨床套用，光透明技術有望克服這一瓶頸。但理論研究與檢測技術的缺乏，光透明劑與皮膚之間相互作用機制並不清楚。膠原是皮膚的主要散射體，本項目擬採用分子動力學模擬光透明劑分子與膠原分子間相互作用，用模型實驗加以驗證，確定高效光透明劑的分子組成及構象。發展一種能同時獲得皮膚生理與光學參數的高光譜成像方法，結合皮膚水分含量、膠原含量及微結構等檢測技術，開展離體皮膚與動物實驗，定量研究光透明劑作用對皮膚光學特性及生理特性的影響，闡明離體皮膚光透明機制；結合功能檢測，研究光透明劑在體內的轉運與代謝，描述光透明劑與表皮、真皮的相互作用、及光透明劑在皮內的轉運與代謝規律，揭示在體皮膚光透明機制。為在體皮膚光透明劑篩選與設計提供科學依據。本項目的研究成果將促進組織光透明技術本身的發展，並將對基於光學成像的基礎研究及光診療技術臨床套用產生重大影響。

結題摘要

皮膚的高散射成為活體光學成像、診斷及治療所需突破的第一道屏障，近年發展起來的組織光透明技術為克服這一屏障提供了新的契機。但皮膚光透明機制並不清楚，嚴重製約了皮膚光透明方法的發展與套用。 實事上，皮膚的高散射主要來源於真皮中的膠原，光透明劑作用於膠原可導致膠原分子解離，從而降低皮膚散射。在本項目的研究中，我們利用分子動力學模擬研究光透明劑分子與真皮中膠原分子間的相互作用，從理論上預測光透明劑對膠原的解離能力，即光透明潛能，發現糖、特別是多糖比之前常用的醇類試劑具有更好的光透明效果，離體實驗結果與理論預測完全一致，從而在分子與離體水平闡明了皮膚光透明機制。然而，當所獲得的高效光透明劑直接套用於活體皮膚表面時，光透明效果卻不盡人意，這是因為理論模擬只關注光透明劑與真皮中膠原之間的相互作用、離體實驗光透明劑也是直接作用於真皮。但活體的情況卻有所不同。當光透明劑局部塗抹皮膚表面時，皮膚角質層及緻密表皮阻擋了光透明劑分子向真皮膚的滲透，因此活體皮膚光透明效果不僅取決於光透明劑的類型，還與它進入到真皮的量有關。為此，我們引入了多種物化方法加快光透明劑向真皮的滲透，並特別對光照促滲機制進行了研究。為在體監測活體皮膚光透明過程，我們搭建一套高光譜成像系統、建立反射譜分析方法，能同時獲取皮膚光學特性與生理特性參數；並結合多種成像技術，諸如超聲成像、光聲成像、光學相干層析成像等對在體皮膚光透明過程進行了監測，建立光透明劑所致皮膚生理參數與光學參數的變化，闡明光透明劑與皮膚之間相互作用、及光透明劑在皮內的轉運與代謝規律，從而揭示在體皮膚光透明機制。在此基礎上，我們結合皮膚給藥安全性評價方法，證明了皮膚光透明方法在活體套用的安全性，從而發展一種可開合的皮膚光透明窗，能顯著改善各種光學成像質量，包括：能提升在體流式細胞儀在深層血管細胞的探測能力，能提高OCT成像質量及成像深度，顯著增加螢光信號及成像深度，結合雷射散斑成像能高分辨獲取皮下微血管血流分布信息、並實現了動靜脈血管的準確分割。本項目的研究成果不僅促進組織光透明技術的發展，並為基於光學的診療技術具有重要的指導意義。 在項目執行期間，發表論文12篇及1章英文書稿，獲國家發明專利2項，指導王靜同學的博士論文獲湖北省優秀博士學位論文。