背景：血脑屏障（BBB）在通过严格调控分子运输以维持脑部稳态方面发挥关键作用。然而，在衰老和神经退行性疾病中，其完整性常受损，从而促成疾病病理。独立于并发病理研究BBB功能障碍的生物学后果仍然具有挑战性，主要由于缺乏可靠且可诱导的动物模型来避免渗透效应、神经炎症或血管损伤等意外副作用。本研究评估了功率多普勒超声（PDUS）联合微泡在小鼠脑中诱导广泛双侧BBB开放的用途。方法：在经颅PDUS应用期间，小鼠接受SonoMAC微泡的静脉输注。BBB通透性通过伊文思蓝染料外渗和免疫荧光分析外渗免疫球蛋白进行评估。利用透射电子显微镜（TEM）在超微结构水平评估血管完整性。结果：PDUS联合微泡成功诱导了广泛的BBB开放，冠状切面中弥漫性的伊文思蓝染色和免疫球蛋白外渗证明了这一点。在所有分析的脑区均检测到免疫球蛋白渗漏，白质中的水平较低，这可能反映了其较低的血管密度。渗漏似乎主要起源于毛细血管，而TEM分析显示没有明显的血管损伤。结论：这些发现支持PDUS联合微泡作为一种非破坏性、可重复的方法，用于模拟广泛的BBB功能障碍。该方法为研究BBB相关病理生理过程（如清除受损、蛋白聚集和神经毒性）以及向脑实质治疗递送提供了体内平台。
血脑屏障（BBB）作为高度特化的结构与功能界面，保护脑部免受潜在有害物质入侵，并通过调节营养物质的选择性运输和废物清除来维持中枢神经系统稳态。BBB由脑毛细血管内皮细胞（ECs）和紧密连接构成，共同减少离子和其他亲水性溶质的旁细胞移动。尽管BBB功能障碍是衰老及阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的标志，但其致病因果关系难以确立，因为转基因动物模型常伴有重叠的疾病相关过程。传统诱导BBB开放的方法（如甘露醇灌注、脂多糖暴露等）往往依赖渗透压应激、炎症或血管损伤，这些非特异性效应会混淆结果。声孔作用（sonopermeation）作为一种利用超声联合微泡通过空化效应暂时增加生物屏障通透性的技术，具有机械性、非侵入性的优势。然而，传统的聚焦超声（FUS）主要局限于局部区域，难以模拟弥漫性或全局性的BBB破坏。因此，研究人员提出结合微泡与诊断级功率多普勒超声（PDUS），利用线性或相控阵超声束靶向更大脑区域，以建立一种可控且广泛的BBB功能障碍动物模型，用于研究临床相关的BBB病理变化。
研究人员利用26只13至23周龄的C57BL/6JOlaHsd小鼠开展研究，其中18只用于免疫荧光实验，8只用于透射电子显微镜实验。主要关键技术与方法包括：经颅PDUS应用联合静脉输注SonoMAC微泡以诱导BBB开放；通过伊文思蓝染料进行宏观BBB通透性评估；利用免疫荧光检测内源性免疫球蛋白以进行微观半定量分析及细胞类型相互作用研究；使用透射电子显微镜在超微结构水平评估血管内皮完整性。
研究结果显示，PDUS联合微泡成功诱导了广泛的BBB开放。宏观上，伊文思蓝外渗在干预组小鼠全脑表面呈现弥漫性蓝色染色。微观免疫荧光分析证实，干预组所有八个解剖脑区（包括皮层、海马、丘脑等）的免疫球蛋白信号强度均显著高于对照组，表明BBB通透性一致增加，但胼胝体中的信号较低，可能与其血管密度较低有关。渗漏热点分析显示，中位直径约为230.7 μm，且渗漏主要起源于直径5-6 μm的毛细血管。细胞类型相互作用分析表明，小胶质细胞与免疫球蛋白的相互作用比率最高，远高于神经元和星形胶质细胞。透射电子显微镜检查未发现干预组血管存在红细胞外渗或内皮 lining 穿孔，证实该方法是安全的，未造成明显的血管结构损伤。
讨论部分指出，PDUS联合微泡提供了一种非破坏性、可重复的BBB功能障碍模型。与对照组中免疫球蛋白局限于特定区域（如正中隆起、海马内侧及大血管周围）不同，干预组表现为弥漫性热点分布。这种非均匀分布可能受局部血管特性或微泡动力学影响。由于使用的二抗识别IgG和IgM，且IgM分子量较大，观测到的信号主要可能源于IgG。IgG在实质中的扩散受限可能形成离散的热点。胼胝体渗漏较少可能归因于血管密度低，而毛细血管渗漏增多可能与微泡在狭窄管腔内产生的机械力增强有关。此外，理论扩散距离与实际观测值相符，提示渗漏扩散主要由被动扩散解释。小胶质细胞的高亲和力可能与其表达Fcγ受体有关。研究局限性包括免疫荧光无法区分IgG和IgM的大小选择性，以及TEM采样可能存在偏差。
结论部分总结道，PDUS联合微泡是一种有前景的方法，可建立可诱导且受控的BBB功能障碍模型，一致地诱导全脑广泛且无破坏性的渗漏。该模型为研究BBB通透性改变直接后果（如血液成分清除、神经炎症和神经毒性）提供了有价值的体内和体外平台，特别是在衰老和神经退行性疾病背景下，并有望用于未来治疗制剂的全身性脑递送。本研究发表于《Fluids and Barriers of the CNS》。
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