Avancerede materialer: Ny teknologi til inspektion af sårbare aterosklerotiske plaques

Kardiovaskulær sygdom (CVD) er en af ​​de mest alvorlige trusler mod menneskers sundhed. Især i mit land stiger sygdommen og dødeligheden forårsaget af hjerte-kar-sygdomme stadig. Aterosklerose (AS) er den vigtigste patologiske årsag til hjerte-kar-sygdomme. Den inflammatoriske reaktion løber gennem alle faser af AS, fra dannelsen af ​​arterielle fedtstriber til dannelsen af ​​AS og endda brud på plaques. Samtidig makrofager Det spiller en nøglerolle i processen med at absorbere oxideret lavdensitetslipoprotein (oxLDL) i skumceller. Samtidig frigiver det et stort antal inflammatoriske faktorer og producerer ustabile AS-plaques. Kliniske undersøgelser har vist, at skumceller, der er rige på AS-plaques, er lette at bryde og danne tromber, hvilket fører til fatale komplikationer såsom hjerteinfarkt og slagtilfælde. Derfor er effektiv identifikation af skumceller og skelnen mellem sårbare AS-plaques af stor betydning for forebyggelse og behandling af kliniske hjerte-kar-sygdomme.

Baseret på dette førte professor Zheng Lemin fra instituttet for kardiovaskulær videnskab ved Peking University Health Science Center og nøglelaboratoriet for molekylær kardiovaskulær videnskab holdet til at bruge Ti3C2 / ICG-nanokompositter som PA-nanoprober til at udvikle en ikke-invasiv PA-billeddannelsesplatform, som med succes realiseret Direkte intravital billeddannelse af sårbare AS-plaques. Forskningsresultaterne har titlen" A Non-InvASive Nanoprobe for In Vivo Photoacoustic Imaging of Sulnerable Atherosclerotic Plaque" og offentliggjort online i" Advanced Materials" magasin.

Både Ti3C2-nanark og ICG har fremragende PA-billedbehandling. Desuden har Ti3C2-nanoplade et stort specifikt overfladeareal og kan bruges som nanobærere fyldt med en række ICG-molekyler, så Ti3C2 / ICG-nanoprober kan forbedre PA's ydeevne betydeligt. For at udføre meget selektiv genkendelse af sårbare plaques valgte det menneskelige øje den overudtrykte osteopontin (OPN) i skumcellerne af AS plaques som mål. Gennem modifikationen af ​​anti-OPN-antistof (OPN Ab) kan det dannede OPN Ab / Ti3C2 / ICG-nanoprobe specifikt genkende skumceller og sårbart plakvæv. Efter intravenøs injektion i AS-modelmus viste OPN-Ab / Ti3C2 / ICG nanoprobe særligt forbedret PA-billeddannelse på den skrøbelige plak-rige aortabue.

Forskerne fandt også, at makrofager og skumceller, der ikke har gennemgået nogen behandling, ikke viser nogen rød fluorescens. På grund af manglen på OPN-Ab-modifikation, selvom Ti3C2 / ICG-nanoprobe inkuberes med skumceller, der overudtrykker OPN, er dens ikke-specifikke affinitet meget svag. Da OPN-ekspressionen af ​​skumceller er signifikant højere end for makrofager, forventes det, at skumcellerne co-inkuberet med OPN Ab / Ti3C2 / ICG nanoprober vil have signifikant forbedret rød fluorescens, mens makrofager behandlet med det samme Det fluorescerende signal er relativt svag.

Intravaskulær ultralyd (IVUS), røntgenbilleddannelse, optisk kohærens-tomografi og magnetisk resonans (MR) -billeddannelse er de mest anvendte metoder til klinisk diagnose af AS. Brug af disse teknikker kan godt observere den detaljerede morfologi af AS plaques, analysere opløseligheden af ​​plaques og måle tykkelsen af ​​intima-media. Imidlertid er dens følsomhed relativt lav, og det er vanskeligt at screene nøglekomponenterne i AS-plaques, hvilket udgør en enorm udfordring for identifikationen af ​​AS-sårbare plaques. Fotoakustisk billeddannelse er en ny type biomedicinsk diagnostisk metode, der kombinerer den høje følsomhed ved optisk billeddannelse og den relativt høje penetrationsdybde ved ultralydsbilleddannelse med høj rumlig opløsning og god vævskontrast. For eksempel ved brug af interne kilder Sammenligningen af ​​hæmoglobin (PA) eller eksogene lipider (PA) kan hjælpe med at skelne hæmoglobin (PA) i visse væv fra normale væv, nanomaterialer og organiske farvestofmolekyler med typisk næsten infrarød adsorption. I tidligere undersøgelser var PA-billeddannelse af AS primært fokuseret på intravaskulær PA-billeddannelse ved hjælp af kommercielle intravaskulære ultralydskateter eller AS-plaques. Imidlertid kan rene in vitro-studier ikke fuldt ud bevise gennemførligheden af ​​PA-billeddannelse i et mere realistisk blodholdigt og komplekst vævsmiljø. In vivo intravaskulær PA-billeddannelse er en invasiv diagnostisk metode, der gør det nemt at identificere levende væv direkte. Beskadiget plak medfører meget usikkerhed.

Fremkomsten af ​​nær-infrarøde nanoprober giver en god løsning til at overvinde ovenstående mangler. Nærinfrarøde nanoprober har normalt fremragende optiske absorptionskoefficienter, som i høj grad kan forbedre følsomheden af ​​PA-billeddannelse, selv når de står over for udfordringen med stærk baggrundsinterferens på samme tid. Kombinationen af ​​funktionelle aptamerer og nanoprober fremmer yderligere molekylært niveau Ikke-invasiv diagnose. Imidlertid er anvendelsen af ​​ikke-invasiv PA-billeddannelse i AS-sygdom stadig i sin barndom.

Kort fortalt foreslog forskergruppen en ikke-invasiv in vivo PA-billeddannelsesplatform baseret på OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-nanoprober til den intuitive diagnose af sårbare AS-plaques. Ved at anvende Ti3C2-nanolag som nanobæreren sammen med PEI-belægningen realiseres den kovalente binding af OPN-Ab og den store belastning af ICG-molekyler. Den probe-baserede PA-billeddannelse er en god løsning til screening af nøglekomponenterne i AS-plaques på molekylært niveau, og det giver også mange muligheder for yderligere udforskning af ikke-invasiv billeddannelse af dybe væv (human halspulsåren, halspulsåren og halspulsåren) pulsåre).