[目的]:1.尝试在多模态磁共振(magnetic resonance,MR)引导下、利用低频率聚焦超声(focused ultrasound,FUS)开放大鼠胶质瘤模型的血脑屏障(blood brain barrier,BBB)以及血肿瘤屏障(blood tumor barrier,BTB);2.探索FUS开放BBB机制以及MR监测肿瘤微环境的变化规律,验证FUS能否作为胶质瘤治疗给药新方法,近一步评估多模态磁共振成像在脑胶质瘤治疗监测中的价值。[材料与方法]:本研究方案获得昆明医科大学第三附属医院伦理委员会批准,所有动物实验程序均符合有关动物护理和使用的机构指南。从昆明医科大学实验动物中心购买24只Sprague-Dawley大鼠用于最佳FUS实验条件测试,另外50只6至8周龄同种大鼠,建立原位种植-脑胶质瘤模型。用随机数字法将成功建立的50只模型大鼠分为4组:(1)对照(Control)组;(2)FUS组;(3)程序性死亡蛋白1(programmed cell death protein 1,PD-1)抑制剂组;(4)FUS+PD-1 单抗联合治疗组(简称“联合治疗组”),每组至少有6至9只大鼠存活至实验结束。至建模后17天处死所有动物。采用低功率聚焦超声实验装置辐照,同时经尾静脉注射超声造影微泡(microbubble,MB)以开放大鼠BBB。调整不同的辐照能量、辐照时间以及超声微泡量组合,经静脉注射伊文氏蓝(Evan’s blue,EB)染料评价BBB开放效果,选择最佳参数组合。同时,四组动物在经过不同处理之后,均采用Philips 3.0 T临床型MR扫描仪和专用动物线圈在9天、17天时评估脑肿瘤生长情况。进行包括T2WI、对比剂动态增强、增强后T1WI等序列的扫描;使用美国通用公司数据处理软件(Omni-Kinetics Version,V2.0.10)处理获得的图像,在肿瘤最大层面设置3个感兴趣区(region of interest,ROI),每个ROI直径为2 mm,最大面积为4 mm2,避开坏死、出血区域。计算各ROI内数值,包括:转运常数(Ktrans)、血管外细胞外间隙容积比(Ve)、速率常数(Kep)、及血浆内对比剂百分比(Vp)等参数值来反映BBB通透性的改变。在对侧正常脑组织的镜面位置取相同的ROI,进一步计算相对参数值,计算公式为:r参数值=损伤侧ROI参数值/对侧镜面ROI参数值×100%,获得rKtrans、rVe、rKep、rVp,同时生成脑灌注成像参数的伪彩色图像。第17天MRI扫描结束后过量麻醉大鼠,以足量生理盐水及4%中性甲醛溶液经左心房全身灌注后,完整取出脑,石蜡包埋后切片。常规苏木精-伊红染色(hematoxylin-eosin staining,简称HE染色)观察肿瘤及瘤周组织形态,免疫组化染色了解肿瘤细胞凋亡及淋巴细胞浸润(tumor infiltrating lymphocyte,TIL)情况。所获得数据采用SPSS 22.0统计软件进行分析,各组数据用均数±标准差表示。采用单因素方差分析比较四个组之间MR灌注参数(rKtrans、rVe、rKep、rVp)、肿瘤生长大小CD4+T细胞、CD8+T细胞阳性率以及caspase-3细胞凋亡程度之间的差别,P<0.05认为差异有统计学意义。用Graphpad prim 8软件进行数据统计及结果图表绘制。[结果]:1、FUS开放BBB的安全性MB是FUS开放BBB不可缺少的工具,灌注取材后未注射MB的FUS实验动物,在脑组织内可见少量出血;比较不同FUS能量/作用时间组合,以及MB剂量对BBB的开放效果后,我们选择下列最佳条件:聚焦超声参数4w/200s～250s,微泡剂量 200 μl。2、MRI监测各组大鼠中脑胶质瘤的生长情况建模后第9天,肿瘤在磁共振T1WI图像中呈低信号、T2WI呈稍高信号,增强扫描病灶呈明显强化。建模后第17天,肿瘤体积较第9天时不同程度增大,伴有病灶内坏死及病灶周围脑水肿。第17天时,肿瘤平均体积为:对照组62.12±3.32 mm3,PD-1 单抗组 54.66±3.97 mm3,FUS 组 46.27± 7.95 mm3,联合治疗组20.28±3.92 mm3。联合治疗组的肿瘤体积较两个单独治疗组及对照组小。3、各组中MRI灌注参数值的差别PD-1单抗组分别与FUS组、联合治疗组相比,病灶rKtrans值在两组间差异具有统计学意义,但FUS组与联合治疗组间差异无统计学意义。rVe、rKep、rVp在三组间的差异均无统计学意义。4、各组病理学检测结果建模后第9天,HE染色显示肿瘤细胞分布密集、排列紊乱并见较多异形细胞。建模后第17天免疫组化染色显示,联合治疗组细胞毒性T细胞(CD8+)数量较其他三组不同程度的增加,调节性T细胞(CD4+)数量则减少,TIL浸润程度较明显,联合治疗组与其他组间差异具有统计学意义。四组内均见Caspase-3的活化,联合治疗组活化程度较其他三组高。[结论]:聚焦超声联合微泡具有诱导血脑屏障开放、增强神经免疫调节和PD-1靶向药物免疫治疗的效果,或可成为对胶质瘤极具潜能的治疗方法。