血管生成是脑肿瘤的基本特征，并且已作为多种新疗法的靶标。当前，常规的T2加权和对比度增强的T1加权磁共振成像序列对于评估肿瘤血管生成和监测抗血管生成疗法是可靠的。替代技术是通过动态磁化率加权对比增强灌注MR成像来测量脑血容量。以前的研究表明，MR灌注成像是一种有价值的辅助常规成像，和灌注成像相关因素与肿瘤进展。用这种方法估算相对CBV依赖于可能受神经胶质瘤影响的完整血脑屏障的假设。BBB的破坏可增加脉管系统的通透性，导致低分子量造影剂di二亚乙基三胺五乙酸从血管系统渗入间隙。钆-DTPA的泄漏可以导致在间隙信号强度，其通过脉管系统造影剂的通过期间混淆在血管内易感性诱导的信号强度的变化而变化，并导致CBV的低估，特别是在病变高度可渗透的脉管系统。为了提高灌注MR成像的诊断性能，在这项工作中，使用血池造影剂超小型超顺磁性氧化铁颗粒表征肿瘤脉管系统并评估C6大鼠神经胶质瘤中肿瘤血容量测量的一致性使用灌注MR成像中以Gd-DTPA比较模型。在血管内检查较长时间的USPIO造影剂，并测试横向水质子的MR弛豫率，其中USPIO的T2弛豫率是Gd-DTPA的20倍。USPIO可能是评估BBB病变患者血容量的可靠标志。
　　出国看病网研究人员发现成年雄性SD大鼠购自SLAC实验室动物有限公司，并保持在标准条件下。动物实验是在伦理委员会的指导下进行的，严格遵守与动物研究有关的所有规则。将C6细胞在加有5％胎牛血清，1％青霉素-链霉素和1％谷氨酰胺的Dulbecco改良Eagle培养基中在37°C，5％二氧化碳的湿润培养箱中培养。为了植入，收集几乎融合的C6神经胶质瘤细胞，并以1×106的密度重悬于DMEM中。10uL培养基中的细胞。如下将细胞接种到右纹状体中。通过腹膜内注射用10％的氯水合物麻醉大鼠，并将其固定在带有耳棒和牙棒的立体定向头中。通过2cm的中线切口暴露颅骨，并在前reg的前1mm和侧面的3mm的右侧创建一个毛刺孔。在5分钟内，从头骨表面以5mm的深度将10uL含有1×106C6细胞的DMEM注入额叶。注射后将针头保持在原位5分钟，以防止在取出前回流。手术后，用骨蜡填满毛刺孔并缝合头皮。
　　 接种肿瘤后，将所有大鼠随机分为两组，并在第12天进行MRI表征。每组的有效样本量均根据提出的资源方程法计算和随后查兰和Kantharia提议的准则。通过腹膜内注射用氯水合物麻醉大鼠。5分钟后，将大鼠插入尾静脉，并置于带有3英寸直径4元素相控阵线圈的临床3.0-TMR系统中。在成像过程中，将大鼠用饱和氧气下的温水毯包裹，并同时监测心率。在USPIO注射之前，将葡聚糖包被的4-6nm氧化铁用0.9％NaCl稀释。两组分别通过尾静脉分别以0.2mM/kg的剂量向USPIO和Gd-DTPA注射，在第四次成像的1s内进行，然后立即注射0.3mL生理盐水。以1mL/min的速度冲洗。冠状成像序列包括：自旋回波T1加权成像和快速自旋回波T2加权成像。动态磁化率加权对比增强灌注MR图像通过使用梯度回波脉冲序列获取。通过尾静脉快速推注造影剂后，进行三个连续的DSC灌注MR，以在约3分钟内获得45体积。然后，立即在Gd-DTPA组中进行常规的对比增强T1加权成像，在USPIO组中在12小时后进行快速自旋回波T2加权成像。
　　 MR成像后，用二氧化碳处死大鼠，然后用盐水和4％多聚甲醛灌注心脏。切开具有神经胶质瘤军团的大脑，并通过以下公式计算神经胶质瘤的体积：V=1/2×a×b2，其中a和b分别代表神经胶质瘤的最大和最小直径。然后将含神经胶质瘤的大脑嵌入最佳切割温度的化合物中，并在新鲜时冷冻。获得5um厚的神经胶质瘤脑的连续切片，并根据标准临床病理学方案分别用苏木精和曙红和普鲁士蓝染色。使用抗神经胶质纤维酸性蛋白的第一兔多克隆抗体对C6胶质瘤制剂进行免疫组织化学分析。将肿瘤血管细胞在4°C下用兔多克隆CD31主抗体染色过夜，然后再用AlexaFluor647偶联的山羊抗兔二抗染色在室温下放置1小时。细胞核在室温下用Hoechst33342染色10分钟。在五个高倍视野区域中计数了肿瘤血管的数量。使用透射电子显微镜观察神经胶质瘤微血管内皮细胞中紧密连接和胞吞小泡的超微结构变化。
　　 所有数据均由SPARC工作站获取和处理。基于来自灌注MR成像的信号-时间曲线获得强度-时间曲线和原始数据。最大信号减少率的计算如下：SRRmax=/SIpre×100％，其中SIpre是注射造影剂之前的平均信号强度，SImin是后期处理过程中的最小信号强度-对比灌注。计算每个组在不同兴趣区域的SRRmax变化。进行全自动的反卷积分析，以创建CBV的参数图像。为了量化肿瘤和正常组织中CBV和SRRmax的变化，在体素的基础上创建彩色编码的CBV图，并将其投影到T2加权图像上，可以更好地可视化肿瘤边界。为了最小化潜在的测量偏差，随机提供图像并排除坏死区域。此外，放射科医生在具有正常大小的ROI的正常显示的彩色CBV图中评估对侧正常组织获得ROI的平均值作为肿瘤的平均值。计算相对于对侧脑组织中肿瘤中CBV和SRRmax的相对比率。所有连续变量均表示为平均值±标准偏差。使用独立样本t检验检查USPIO组和Gd-DTPA组之间神经胶质瘤的大小差异。通过配对样本t-检验检验肿瘤病变和正常脑组织中CBV和SSRmax的差异。使用独立样本t检验检验USPIO组和Gd-DTPA组之间CBV和SRRmax的相对比率差异。所有统计分析均使用SPSS软件,甲P值小于0.05被认为是统计上显著。
　　 接种肿瘤后12天，USPIO组和Gd-DTPA组的神经胶质瘤体积分别为58.52±6.34mm3和57.45±6.62mm3，表明各组之间的肿瘤大小无明显差异。肿瘤在T1加权图像上显示为低血脂，而在T2加权图像上显示为高血脂。在所有大鼠的MR图像上均可见坏死。施用Gd-DTPA和USPIO后，很容易识别出肿瘤。施用造影剂后，每种肿瘤模型均显示出独特的血管形态和增强模式。给予Gd-DTPA后，所有肿瘤在T1加权图像上均表现为高强度，表明Gd-DTPA渗出。给予USPIO后，所有肿瘤在T2加权图像上均表现为低血脂。负增强作用首先出现在肿瘤的边缘，然后逐渐向中心渗透。肿瘤微血管很容易被鉴定为肿瘤内的低水平的锯齿状结构。USPIO和Gd-DTPA组的肿瘤和对侧组织的CBV和SSRmax值。肿瘤中获得的平均CBV值均大于对侧组织中获得的平均CBV值。肿瘤和对侧组织之间的SSRmax差异显着。
　　 USPIO组中CBV的相对比率在1.78到2.58之间变化，平均值为2.09±0.23，而在Gd-DTPA组中，CBV比率在1.22到1.86之间变化，平均值为1.57±0.19。USPIO组的SSRmax相对比率在1.33至2.32之间变化，平均值为1.92±0.37，而在Gd-DTPA组中，SSRmax的相对比率在0.81至1.42之间变化，平均值为1.02±0.27。基于两尾独立样本T检验，USPIO组和Gd-DTPA组之间的rCBV和rSSRmax存在显着差异。所有肿瘤均表现出神经胶质瘤的侵袭性生长，且胞吞小泡和开放紧密连接明显增加。进行普鲁士蓝染色以进一步验证USPIO在结节军团中的积累。在肿瘤区域中观察到的USPIO蓝色斑点。免疫组织化学显示，许多表达GFAP的细胞呈棕色颗粒状存在，表明存在神经胶质瘤。用CD31抗体对血管系统进行了免疫荧光染色，显示45.5±6.2％。
　　 肿瘤血管紧密相关，在胶质瘤生长中可能相互促进。在研究中，肿瘤血管的免疫荧光染色在肿瘤病变中显示出45.5±6.2％的新血管，明显高于正常组织。对肿瘤脉管系统的通透性和血管体积的非侵入性评估可以提供对肿瘤生理学的重要见解，这是研究和评估肿瘤对抗血管生成疗法的反应的前提。有证据表明，MR灌注成像是肿瘤血管形成的敏感标志。但正常的脑组织受到功能性血脑屏障的保护，神经胶质瘤区域的特征是BBB受损。当使用血池造影剂将外渗假象降至最低时，血容量估计在血脑屏障受损的病变中更为可靠。传统的MRI技术依赖于钆来演示在BBB缺陷引起的肿瘤，因为钆能迅速横破坏BBB进入细胞外空间以及从血液循环由于其小的分子大小清除。与Gd不同，USPIO由于体积大，最初在给药后仍留在血管内空间，可能允许更精确的灌注成像。在这里采用动态磁化率加权对比增强灌注MR成像来评估Gd-DTPA与USPIO在C6大鼠神经胶质瘤模型中的疗效。
　　 rCBV的测量结果与肿瘤血管造影和组织学标记物，其中阈值大于1.75胶质瘤已被广泛使用在以前的研究和临床实践密切相关。结果表明，五只弥漫性浸润性神经胶质瘤大鼠在Gd-DTPA中显示出低rCBV，而所有九只大鼠在USPIO中显示出较高的rCBV，表明Gd-DTPA和USPIO之间的rCBV差异显着。通过在U87MG大鼠模型中执行三个连续的灌注MR成像采集报告了相似的结果。加多巴胺和不加预负荷的灌注MR成像显示13个肿瘤中有9个肿瘤的rCBV低，并且单剂量和双剂量预负荷的rCBV估计值逐渐升高。相反，用阿魏酸获得的rCBV较高，并且在所有三个采集中均保持恒定。在使用放化疗后的高级别神经胶质瘤患者中连续六次使用基于g的造影剂进行灌注MR图像采集，并将rCBV与组织病理学发现相关联。结果表明，rCBV在活检证实的肿瘤中被低估了，并且取决于造影剂的预加载剂量。所有结果均表明，在没有预加载的情况下，基于g的造影剂的肿瘤rCBV可能会被低估，并且在进行预加载校正时是剂量依赖性的。相反，USPIO提供了对肿瘤rCBV的一致评估，可以客观比较不同肿瘤之间的血管体积，并允许进行纵向研究以评估各种因素，例如治疗效果。
　　 除了进行血管体积测量外，还获得反映通过灌注MR成像建模的脑肿瘤脉管系统的通透性和细胞外体积的图像指标，表明该指标可以通过直观地评估信号强度的变化来完成。具体而言，相对SSRmax较高的USPIO组比Gd-DTPA组更可能具有较低的血管渗漏。在当前的研究中，在TEM结果中观察到胶质瘤微血管内皮细胞中的胞吞小泡和开放紧密连接的显着增加。以往的研究表明增加血管通透性，伴随着胞饮囊泡和开口紧密连接增加。BBB完整的健康毛细血管不可渗透造影剂，并保留在血管内，因此，信号强度应返回到基线值附近。BBB破裂的病变毛细血管可能对造影剂是可渗透的，从而导致造影剂在血管外积聚。SRRmax的变化被认为是造影剂对血管通透性的近似值。造影剂从血管中泄漏到组织的血管外空间会导致SRRmax逐渐降低。另外，Gd-DTPA从肿瘤的渗漏不仅限于肿瘤间质，还可以延伸到周围的正常组织中，这可能妨碍对肿瘤边缘的准确估计。因此，由于铁纳米粒子的大尺寸和长的半衰期，USPIO在短期内无法穿越被破坏的血脑屏障为血容量测量提供一种有吸引力的替代Gd-DTPA的方法。
　　 在研究中有一些局限性必须考虑。灌注MR成像提供的肿瘤血容量的测量值是与正常出现的实质相比，而不是肿瘤血管的绝对测量值。证据表明，脑血容量的测量与肿瘤血管血管造影和组织学标志物相关。在研究中仅比较了USPIO与Gd-DTPA的血管和肿瘤通透性。在未来的研究中，将通过灌注MR成像评估USPIO与Gd-DTPA进行抗血管生成治疗的疗效。此外，了解rCBV和rSRRmax是否可以对治疗做出可预测的反应将具有指导意义，需要在以后的研究中加以阐明。最后，在后处理期间不应用造影剂外渗的数学校正。众所周知，rCBV被Gd-DTPA低估了，并且已经提出许多数学算法来最小化来自造影剂外渗的伪影。些方法需要复杂的后处理，并且缺乏一致性。在同一患者中比较了五种不同的数学校正算法，并证明肿瘤rCBV变异性对分析方法选择的依赖性。已经通过成像血管渗漏和血管体积来详细表征了肿瘤的脉管系统。结果表明，USPIO由于其低渗漏率而在评估肿瘤灌注方面具有优势，表明USPIO在MR灌注成像中是Gd-DTPA的极具吸引力的替代品。