【應用推薦】OCT在皮膚病學(xué)中的應用
皮膚是人體***大的器官，具有驚人的自愈能力，即使在受到嚴重損傷后也能自愈。皮膚作為我們抵御微生物和外界環(huán)境的主要屏障，了解皮膚的修復過(guò)程以及如何加速皮膚修復過(guò)程是至關(guān)重要的。OCT提供了***種新穎、無(wú)損的方法來(lái)實(shí)現這***目標，它可以”窺視”皮膚下1-2mm的深度，并且分辨率優(yōu)于10 μm。為了驗證這***潛在的應用，邁阿密大學(xué)Irena Pastar領(lǐng)導的研究小組決定評估在傷口愈合研究中使用OCT作為組織切片的替代方法。結果如何？OCT能夠捕捉到詳細的傷口圖像，可與顯微鏡收集的圖像相媲美，并能更客觀(guān)地評估干細胞新療法對傷口愈合的益處。
傷口愈合過(guò)程包括出血、炎癥、增殖和重塑（上皮化）等相互重疊的階段 揭示愈合過(guò)程 在傷口愈合過(guò)程中，皮膚會(huì )經(jīng)歷炎癥、增殖（或遷移）和重塑的重疊階段。盡管出于倫理原因，急性傷口愈合的過(guò)程沒(méi)有在人體內進(jìn)行研究，但它可以在活體外進(jìn)行近似模擬。用作 “活體外”傷口愈合的模型來(lái)自減容手術(shù)者捐贈的皮膚，需要在受控條件下維持足夠長(cháng)的時(shí)間，以研究其所涉及的分子機制，并評估旨在加速愈合的治療方法。 該模型的主要缺點(diǎn)是，傳統上需要破壞傷口，通過(guò)組織學(xué)檢查（HE）來(lái)評估愈合過(guò)程。為了研究***種傷口類(lèi)型或治療方法，必須制作多個(gè)相同的傷口，并且在不同的時(shí)間點(diǎn)仔細地切片和染色，然后依次在顯微鏡下進(jìn)行檢查，以觀(guān)察舌上皮從傷口邊緣生長(cháng)到覆蓋暴露的***層的距離。相比之下，OCT可以從開(kāi)始到結束對同***傷口進(jìn)行無(wú)損監測，從而消除了組織樣本和單個(gè)傷口之間的差異。由于傷口往往愈合不均勻，比如某些邊緣的閉合速度比其他邊緣更快，這***點(diǎn)尤其重要。 OCT可用于快速收集橫截面的縱向圖像，以揭示***的亞結構，從中可以生成整個(gè)傷口的 3D體積或面內圖像。這有助于更客觀(guān)地了解傷口愈合過(guò)程，而不是局限于特定的橫截面和樣品制備質(zhì)量。 評估OCT的活體外應用 在這項研究中評估了1300 nm的掃描源成像（SS-OCT）和850 nm的光譜域成像（SD-OCT） 是否能用于評估皮膚傷口的愈合。雖然兩個(gè)系統的成像深度相似（分別為2 mm和1.9 mm），但Wasatch Photonics的SD-OCT系統提供了比臨床SS-OCT系統更高的軸向分辨率（<3 μm）和橫向分辨率（<6 μm）。850 nm光譜域（SD-OCT）成像系統因其較短的工作波長(cháng)可提供更高分辨率的OCT圖像，從而能更好地區分***結構內的不同組織類(lèi)型。 為了將OCT成像與組織學(xué)檢查（HE）進(jìn)行比較，我們制備了***系列相同的傷口樣本，其中***部分用rhEGF（重組表皮生長(cháng)因子）處理。所有樣品均在37°C下培養，并在第0、4和 7 天收集***式三份樣本，使用每種技術(shù)進(jìn)行評估。通過(guò)組織學(xué)檢查（HE）評估的傷口在福爾馬林溶液中固定，包埋在石蠟中，然后從傷口邊緣到直徑***寬點(diǎn)切成8 μm的切片，用于染色和顯微鏡檢查。通過(guò)比較從傷口邊緣遷移的舌上皮的總數與傷口總直徑的百分比來(lái)計算愈合進(jìn)度。 1300nm SS-OCT平面成像與愈合傷口上兩點(diǎn)的橫斷面組織分析的比較
在進(jìn)行OCT分析時(shí)，只需不到1分鐘的時(shí)間就能從傷口邊緣到另***個(gè)傷口邊緣的橫截面測量，并通過(guò)縱向掃描來(lái)構建組織表面的正面傷口圖像。在這些“自上而下”的傷口視圖中，由于舌上皮會(huì )延伸到覆蓋在傷口中心暴露的***層，所以可以很容易區分完整的表皮和遷移的舌上皮。這樣就可以使用更客觀(guān)的面積計算來(lái)量化愈合情況，即傷口愈合傷口面積與原始傷口面積的百分比。
通過(guò)（a）組織學(xué)評估和（b）使用 Wasatch Photonics 800 nm OCT系統（c）對活體外人體傷口中的組織進(jìn)行觀(guān)察。圖中c=角質(zhì)化表皮；e=非角化舌上皮；p=乳頭狀***；r=網(wǎng)狀***。 與組織學(xué)檢查（HE）分析相比，OCT始終顯示出更高程度的再上皮化（愈合），這并不奇怪，因為OCT能夠呈現完整的傷口圖像，而不是僅從橫截面進(jìn)行推斷。盡管如此，數據顯示OCT和HE分析之間存在強烈的正相關(guān)關(guān)系，并且在新傷口和完全愈合的傷口數據幾乎完全***致，這驗證了OCT是***種可行的分析技術(shù)。 使用Wasatch Photonics的800 nm SD-OCT系統獲得的橫截面圖像提供了足夠的分辨率和對比度，可以清楚地識別表皮、乳頭狀***和網(wǎng)狀***以及傷口床中遷移的上皮細胞。這種區分不同組織類(lèi)型的能力，使得OCT在皮膚病學(xué)中的應用遠遠超出了對傷口愈合或新療法的評估范圍，還擴展到了干細胞作用機制和再上皮化過(guò)程中表皮遷移的機制研究。OCT能夠以非侵入性方式提供快速、可重復的掃描，這為臨床前測試以及通過(guò)確定切片的***佳位置來(lái)指導深入的免疫組化分析帶來(lái)了巨大前景。 使用850 nm SD-OCT在傷口后0、4和7天以 ~10 μm的增量從***個(gè)傷口邊緣到另***個(gè)傷口邊緣成像，以每秒22幀的速度采集縱向橫截面。 ***種新型干細胞療法 經(jīng)過(guò)驗證，OCT是***種替代組織學(xué)分析的可行的 "光學(xué)活檢 "方法，Pastar的研究小組將這種新的成像模式用于分析異體人類(lèi)脂肪衍生干細胞（ASC）在人類(lèi)活體外傷口中的治療潛力。干細胞療法已顯示出治療疑難傷口的前景，但其使用可能存在爭議。然而，來(lái)自成人脂肪組織的干細胞不受這種限制，并且已被證明可以在從分化到血管生成的各個(gè)方面促進(jìn)傷口的愈合。 與之前描述的驗證研究同步進(jìn)行的是，通過(guò)向新鮮傷口中心注射ASC，對***系列活體外傷口進(jìn)行處理。這些傷口也用OCT進(jìn)行了為期4天的監測——這是活體外傷口愈合的指數階段。OCT成像發(fā)現所有接受ASC治療的傷口都完全再上皮化，而介質(zhì)處理的對照傷口則顯示只有50%的傷口閉合。發(fā)現ASC治療傷口與rhEGF治療傷口在愈合上的差異具有統計學(xué)意義，并通過(guò)識別表皮單層和分化層的橫截面OCT圖像證實(shí)了傷口閉合性的增強，這些結果表明了ASC促進(jìn)了再上皮化的能力。對于延伸到***層直徑為3 mm的傷口，單次ASC治療可顯著(zhù)促進(jìn)愈合，OCT對此進(jìn)行了記錄?？紤]到活體外傷口模型用于評估新療法的跟蹤記錄以及OCT在臨床前研究中的應用能力，顯示使用OCT評估ASC療法在體內傷口治療中具有巨大的潛力。 結論
通過(guò)對深度達2mm、分辨率優(yōu)于10 μm活體外傷口進(jìn)行非破壞性成像，證明了OCT在人體傷口愈合無(wú)創(chuàng )監測方面的可行性和優(yōu)越性。與組織學(xué)檢查相比，它不僅速度更快、可變性更小，而且還能在整個(gè)傷口愈合過(guò)程中進(jìn)行連續監測，并擁有足夠的分辨率來(lái)評估解剖學(xué)和病理學(xué)。這使OCT成為用于傷口愈合以及實(shí)驗室和臨床環(huán)境里評估新型療法的***項很有潛力的技術(shù)。在研究用ASC治療傷口時(shí)，OCT發(fā)現僅4天后再上皮化就顯著(zhù)增加，進(jìn)***步證明了OCT對傷口愈合領(lǐng)域具有重大貢獻的潛力。
引用
Glinos, George D., et al. “Optical coherence tomography for assessment of epithelialization in a human ex vivo wound model.” Wound Repair and Regeneration 25.6 (2017): 1017-1026.
(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))
