肺癌、肺纤维化、COVID-19肺炎、肺结核等多种高致死率或高传染性疾病均与肺有关，全面了解肺的复杂生理结构，对于深入探究这些疾病的发生发展规律具有重要意义。然而，目前已有的成像方法无法同时兼顾全肺尺度的成像范围和探测肺泡所需的亚微米级分辨率，阻碍了科学家对与肺相关疾病的深入探索。
为了克服这一难题，来自上海药物所的研究团队采用显微光学切片断层成像系统（MOST），基于全肺尼氏染色，实现了小鼠肺的全结构、高内涵的呈现与解析。
在此项研究中，研究团队构建了小鼠气管、各级支气管以及终末细支气管的结构，实现了肺泡区海绵状结构的可视化，为小鼠肺组织结构研究提供了更加精确的解剖学数据。同时，该方法还实现了肺内气管、动脉、静脉的同时表征，在三维水平观察到了动脉血管表面沿血流方向的内皮细胞伸长效应。此外，科研人员建立的数据融合分析方法也将有助于对如心脏、肝脏、脾脏、肾脏等组织的研究，和对高精度组织形态学/病理学的研究。
研究团队在亚细胞水平上对吸入颗粒进行了定位和检测，这将有助于更好地理解干粉吸入剂微粒在肺部的沉积和肺内空间分布的机制，加速干粉吸入制剂的研发。在对肺精细结构进行解析的同时，科研人员进一步利用荧光标记的交联环糊精有机骨架材料（CL-CD-MOF）为模型吸入微粒，借助荧光-显微光学切片断层成像系统（f-MOST），首次在三维、原位、单颗粒水平上观察了CL-CD-MOF微粒在肺部的空间分布，获得了至今分辨率最高的吸入微粒全肺分布图，实现了吸入微粒在全肺分布测定方法学上的突破。
本研究所揭示的微粒在各肺叶、以及相同肺叶不同区域的不均匀分布，为对NGI/ACI等干粉吸入剂体外经典模型的再评价，提供了具有生理意义的微粒分布基础。同时，本研究也将启发f-MOST系统在纳米材料设计及纳米递药系统体内命运研究中的应用。相关研究成果于2021年2月8日在线发表于Advanced Science。
上海药物所张继稳课题组硕士研究生、MOST平台工程师孙娴，华东理工大学和上海药物所联培博士研究生张小川为本研究第一作者。本研究由上海药物所殷宪振博士、张继稳研究员、蒋华良院士共同指导。本研究获上海药物所自主部署项目、科技部重大专项、重点研发计划、中国科学院青促会以及自然科学基金的资助。
