现代光学技术的发展不仅能够实现对生理/病理环境下大脑皮层血管结构及功能的动态监测,而且可以利用激光对皮层进行靶向操控,以达到治疗的目的。然而,皮层上方包覆的浑浊颅骨严重阻碍光在组织中的穿透,制约了光学技术在活体皮层成像和操控等研究当中的应用。研究人员通常采用部分/全部移除颅骨的方式建立手术颅窗,但这些颅窗技术仍存在各种各样的问题,如皮层炎症、有限的重复次数、复杂的手术操作等。组织光透明技术为解决以上问题提供了一个全新的方案。但现有的多种光透明颅窗技术仍存在透明效果、重复次数有限,仅适用于年幼小鼠等问题。本文的研究工作主要围绕活体颅骨光透明方法展开,目标是发展一种更加快速高效、适用性强、安全的新型光透明颅窗,既能实现皮层血管结构和功能的长程追踪,也能借助于光动力效应打开小鼠血脑屏障,从而实现对皮层血管的靶向操控。本文的主要内容如下:(1)建立新型颅骨光透明方法:根据小鼠颅骨的结构和组分,通过理论分析、离体及在体实验,建立一种全新的活体颅骨光透明方法,确定颅骨光透明试剂的组成及具体实施步骤,通过试剂的局部涂抹可让颅骨在15 min内透明;该试剂对颅骨的透明作用可逆,生理盐水的擦洗即可使颅骨恢复至原始状态。此外,全面地评估其活体应用的安全性,证明该颅骨光透明方法不会引起皮层炎症响应及机体代谢毒性。(2)透过光透明颅窗获取皮层血管结构与功能信息:在无需开颅的情况下,仅通过光透明颅窗,利用双光子成像即可高分辨地获取皮层血管结构信息,最小可分辨血管直径约4.5μm,成像深度可达300μm;利用激光散斑/高光谱成像监测大脑中动脉阻塞前后的皮层血流/血氧变化,使得定量分析双侧皮层动静脉血管的血流和血氧动态变化规律成为可能;由于该光透明方法适用于2-8月龄的小鼠,我们首次实现了对成年小鼠皮层血管结构和功能长达6个月的追踪检测,发现成年小鼠的血管结构和功能在发育过程中保持相对的稳态,仅伴随少量血管的再生与发育。(3)光透明颅窗结合光动力效应打开小鼠血脑屏障:将光动力效应与光透明颅窗相结合,首次在无需开颅的情况下打开小鼠血脑屏障,此时,血管基膜结构完整,但内皮细胞与管周星形胶质细胞的分布发生变化;定量评估幼年与成年小鼠对光动力效应打开血脑屏障的差异性,发现打开幼鼠血脑屏障所需激光剂量更低。与此同时,将光谱成像用于血管渗透性变化的动态监测,探究相关的时间-空间变化规律,发现光动力效应打开血脑屏障是非即时的。综上,本文提出了一种全新的小鼠颅骨光透明技术,该技术具有操作简便、透明效果好、可开合、安全、可多次重复等特点,结合多种光学成像技术实现了小鼠皮层血管结构和功能的高分辨成像,为活体监测脑血管功能响应及疾病的发生发展过程提供了重要的研究手段。将该颅骨光透明技术与光动力效应结合可非侵入打开小鼠血脑屏障,这为脑疾病药物的研发提供了有效的方法,因而具有重要的科学意义与应用前景。