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【Nature Sub-journal】Tow-Int's WBP and Laser Speckle Contrast Imaging System Help Decipher Brain Injury Mechanisms

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Mechanismus von Hirnverletzungen aufgedeckt | Tow-Int Tech unterstützt NC-Studie

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Abstrakt

Kürzlich wurde eine bahnbrechende Studie unter der Leitung des Wirbelsäuleninstituts des Longhua-Krankenhauses der Universität für Traditionelle Chinesische Medizin in Shanghai offiziell in der renommierten internationalen Fachzeitschrift Nature Communications (IF: 15.7) veröffentlicht. Die Studie mit dem Titel "Brain-cervical lymph node crosstalk contributes to brain injury induced by subarachnoid hemorrhage in mice" wurde von einem Team unter der Leitung von Corresponding Authors Researcher Qianqian Liang und Professor Yongjun Wang durchgeführt, mit Assistant Researcher Jinman Chen als Erstautor.

Diese Studie liefert eine tiefgreifende mechanistische Erklärung dafür, wie extravasierte Erythrozyten in der Zerebrospinalflüssigkeit nach einer Subarachnoidalblutung über die meningealen Lymphgefäße zu den zervikalen Lymphknoten abfließen, wo sie von den medullären lymphatischen Endothelzellen aufgenommen und abgebaut werden und durch die lysosomale Protease Cathepsin S eine Neuroinflammation auslösen. Das Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System und das Whole-Body Plethysmography (WBP) System von Tow-Int Technology leisteten bei dieser erstklassigen Forschungsarbeit unverzichtbare technische Unterstützung für die erfolgreiche Durchführung und Datenvalidierung der Studie.

Forschungshintergrund

Die Subarachnoidalblutung (SAB) ist ein verheerendes zerebrovaskuläres Ereignis mit einer hohen Sterblichkeits- und Behinderungsrate. Ihr pathologischer Verlauf ist nicht nur auf die anfängliche physische Beeinträchtigung durch die Blutung zurückzuführen, sondern steht auch in engem Zusammenhang mit der nachfolgenden frühen Hirnverletzung (Early Brain Injury - EBI) und der verzögerten zerebralen Ischämie (Delayed Cerebral Ischemia - DCI). Jüngste Studien haben gezeigt, dass die meningealen Lymphgefäße als anatomische Verbindung zwischen dem zentralen Nervensystem (ZNS) und dem peripheren Immunsystem dienen, indem sie ZNS-Antigene zu den zervikalen Lymphknoten (CLN) leiten und spezifische Immunreaktionen auslösen. Wie die CLNs jedoch an der Immunpathologie der Hirnverletzung nach SAB beteiligt sind und welche genauen zellulären und molekularen Mechanismen dabei eine Rolle spielen, blieb bisher unklar.

Wichtige Erkenntnisse und mechanistische Einsichten

In dieser Studie wurde der Weg dieser Immunachse durch die Integration mehrerer experimenteller Modelle und technischer Ansätze systematisch entschlüsselt:

2.1 Lymphknotenentfernung bestätigt die funktionelle Bedeutung:
Die Forscher entfernten bei Mäusen chirurgisch die Unterkieferlymphknoten (ein Hauptbestandteil der oberflächlichen Halslymphknoten). Sie fanden heraus, dass in zwei verschiedenen SAB-Modellen (endovaskuläre Perforation und Eigenblutinjektion) die Gruppe mit den entfernten Lymphknoten signifikante Verbesserungen der neurologischen Funktionswerte (modifizierte Garcia-Scores), einen geringeren Hirnwassergehalt, eine geringere Infiltration von neutrophilen Granulozyten aus dem peripheren Blut (CD11b+Ly6G+) und eine geringere Anzahl von apoptotischen TUNEL+-Neuronen in der Hirnrinde aufwies. Diese Ergebnisse bestätigten die fördernde Rolle der CLNs bei der SAH-Pathologie.

2.2 Lymphatische Endothelzellen (LECs) vermitteln den Abtransport von Erythrozyten:
Die Immunfluoreszenzfärbung zeigte, dass 4 bis 24 Stunden nach der SAB extravasierte Erythrozyten (TER-119+) mit LYVE-1+ LECs innerhalb der CLNs kolokalisiert waren, wobei die Morphologie im Laufe der Zeit von intakt zu degradiert überging. In-vitro-Kokulturexperimente bestätigten außerdem, dass CFSE-markierte Erythrozyten von LECs internalisiert wurden. Im Vergleich zu den Makrophagen (CD169+) in den peripheren Bereichen der LN spielten die LECs in der frühen Phase der Erythrozyten-Phagozytose eine dominante Rolle.

2.3 Einzelzellsequenzierung identifiziert Schlüsselmolekül CTSS:
Die Analyse der Einzelzell-RNA-Sequenzierung (scRNA-seq) von CLNs nach SAH zeigte, dass unterschiedlich exprimierte Gene in medullären LECs signifikant im Lysosomen-Signalweg angereichert waren. Darunter war die Expression des Gens Ctss, das für Cathepsin S (CTSS) kodiert, deutlich hochreguliert. Bulk-RNA-Sequenzierung und qPCR-Validierung in vitro bestätigten, dass die Ko-Kultur mit Erythrozyten eine Hochregulierung von Ctss-Transkripten zusammen mit denen verschiedener pro-inflammatorischer Zytokine (z. B. Tnf-α, *Il-1β*, Ccl2) in LECs induziert.

2.4 Genetische und pharmakologische Interventionen validieren das Ziel:
Zur Klärung der Funktion der von LEC abgeleiteten CTSS wurde in der Studie ein Prox1-creER²; Ctssflox/flox konditionales Knockout-Mausmodell konstruiert. Nach Tamoxifen-Induktion verzögerte der LEC-spezifische Ctss-Knockout signifikant die Abbaurate von extravasierten Erythrozyten in CLNs und verbesserte effektiv SAH-induzierte neurologische Defizite und Neuroinflammation. Auch die systemische Verabreichung des niedermolekularen CTSS-Inhibitors LY3000328 führte zu einer konsistenten neuroprotektiven Wirkung.

Technische Unterstützung durch die professionelle Ausrüstung von Tow-Int bei Schlüsselexperimenten

In mehreren kritischen Phasen der mechanistischen Untersuchung verließ sich das Forschungsteam auf die hochpräzisen physiologischen Überwachungsgeräte von Tow-Int, um zuverlässige Daten zu erhalten und potenziell störende Faktoren auszuschließen.

3.1 Anwendung des Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI)-Systems von Tow-Int in der zerebralen hämodynamischen Analyse:

Wissenschaftliche Notwendigkeit: Um die Möglichkeit auszuschließen, dass die neuroprotektiven Effekte der Ctss-Deletion oder der pharmakologischen Hemmung durch Veränderungen der Autoregulation des zerebralen Blutflusses (CBF) vermittelt werden, war eine präzise Quantifizierung des CBF nach SAH erforderlich.

Technische Durchführung: In dieser Studie wurde das Tow-Int LSCI-System verwendet, um eine nicht-invasive Ganzfeld-Perfusionsbildgebung der Hirnrinde von Mäusen vor der SAB-Induktion (Baseline) sowie 15 Minuten und 24 Stunden nach dem Eingriff durchzuführen.

(b) Der zerebrale Blutfluss (CBF), der mit dem Laser-Speckle-Blutfluss-Bildgebungssystem vor der SAB, 15 Minuten und 24 Stunden nach der SAB-Operation in Prox1-CreER T2 /Ctss f/f und Ctss f/f Mäusen gemessen wurde.

Datenbeitrag und Unterstützung der Schlussfolgerung: Die aus dem System gewonnenen Daten zeigten, dass zwar alle Gruppen den erwarteten starken Abfall des CBF nach der SAB aufwiesen, es aber zu keinem Zeitpunkt einen statistisch signifikanten Unterschied im relativen zerebralen Blutfluss (rCBF) zwischen den Ctss-Knockout-/Inhibitor-Gruppen und den Kontrollgruppen gab. Diese Schlüsseldaten belegen eindeutig, dass die CTSS-vermittelte Neuroprotektion unabhängig von Veränderungen der zerebralen Hämodynamik ist, wodurch sich der Mechanismus auf den immunregulatorischen Weg konzentriert.

3.2 Anwendung des Tow-Int Ganzkörperplethysmographiesystems (WBP) zur Überwachung der Atemfunktion:
Die Blockade des synaptischen Outputs im SP5C von Nrxn123 cTKO-Mäusen reduzierte den NH₃-induzierten Husten signifikant. Die chemogenetische Hemmung von SP5C-Neuronen unterdrückte die Hustenreaktionen stark, während die Kontrollen unbeeinflusst blieben.

Wissenschaftlicher Bedarf: In den pharmakologischen Experimenten musste bestätigt werden, dass der CTSS-Inhibitor LY3000328 die grundlegenden Vitalparameter, insbesondere die Atmungsfunktion, bei Mäusen nicht unterdrückt, um sicherzustellen, dass die beobachteten neurologischen Verbesserungen nicht auf Nebenwirkungen des Medikaments zurückzuführen sind.

Technische Durchführung: In der Studie wurde das Tow-Int WBP-System zur langfristigen, nicht-invasiven Überwachung der Atemfrequenz bei sich frei bewegenden Mäusen in einer ruhigen Umgebung eingesetzt.

Datenbeitrag und Unterstützung der Schlussfolgerung: Die mit dem WBP-System aufgezeichneten Atemfrequenzdaten zeigten keinen signifikanten Unterschied zwischen der Inhibitor- und der Kontrollgruppe. Dieses Ergebnis schloss die Möglichkeit aus, dass die neurologischen Funktionsbewertungen durch die durch die Atemdepression verursachte Hypoxie beeinträchtigt wurden, und lieferte entscheidende physiologische Beweise für die Sicherheit des CTSS-Hemmers und verbesserte die Strenge der Schlussfolgerungen der Studie.

Schlussfolgerung

Tow-Int Technology ist bestrebt, Wissenschaftlern auf der ganzen Welt außergewöhnliche Lösungen für die Erforschung physiologischer Funktionen zur Verfügung zu stellen und so innovative Entdeckungen zu ermöglichen.

【Referenz】

[1] Chen J, Wang J, Zheng W, et al. Brain-cervical lymph node crosstalk contributes to brain injury induced by subarachnoid hemorrhage in mice[J]. Nature Communications, 2025, 16(1): 8551.