Advanced Materials: Ny teknologi for inspeksjon av sårbare aterosklerotiske plakk

Kardiovaskulær sykdom (CVD) er en av de alvorligste truslene mot menneskers helse. Spesielt i mitt land øker sykdommen og dødeligheten forårsaket av hjerte- og karsykdommer. Aterosklerose (AS) er den viktigste patologiske årsaken til hjerte- og karsykdommer. Den inflammatoriske responsen går gjennom alle stadier av AS, fra generering av arterielle fettstreker til dannelsen av AS, og til og med brudd på plakk. Samtidig makrofager Det spiller en nøkkelrolle i prosessen med å absorbere oksidert lipoprotein med lav tetthet (oxLDL) i skumceller. Samtidig frigjør den et stort antall inflammatoriske faktorer og produserer ustabile AS-plakk. Kliniske studier har funnet at skumceller rike på AS-plaketter er lette å sprekke og danne tromber, noe som fører til dødelige komplikasjoner som hjerteinfarkt og hjerneslag. Derfor er det viktig å identifisere skumceller og skille ut sårbare AS-plaketter av stor betydning for forebygging og behandling av kliniske hjerte- og karsykdommer.

Basert på dette førte professor Zheng Lemin fra Institutt for kardiovaskulær vitenskap ved Peking University Health Science Center og Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Science teamet til å bruke Ti3C2 / ICG-nanokompositter som PA-nanoprober for å utvikle en ikke-invasiv PA-avbildningsplattform, som vellykket realisert Direkte intravital avbildning av sårbare AS-plaketter. Forskningsresultatene har tittelen" A Non-InvASive Nanoprobe for In Vivo Photoacoustic Imaging of Sulnerable Atherosclerotic Plaque" og publisert online i" Advanced Materials" Blad.

Både Ti3C2 nanark og ICG har utmerket PA-bildebehandling. Videre har Ti3C2 nanoskjema et stort spesifikt overflateareal og kan brukes som nanokarrierer lastet med en rekke ICG-molekyler, slik at Ti3C2 / ICG nanoprobes kan forbedre ytelsen til PA betydelig. For å utføre svært selektiv gjenkjenning av sårbare plakk, valgte det menneskelige øye den overuttrykkede osteopontin (OPN) i skumcellene til AS-plakk som mål. Gjennom modifisering av anti-OPN-antistoff (OPN Ab), kan det dannede OPN Ab / Ti3C2 / ICG nanoprobe spesifikt gjenkjenne skumceller og sårbart plakkvev. Etter intravenøs injeksjon i AS-modellmus viste OPN-Ab / Ti3C2 / ICG nanoprobe spesielt forbedret PA-avbildning på den skjøre plakkrike aortabuen.

Forskerne fant også at makrofager og skumceller som ikke har gjennomgått noen behandling, ikke viser noen rød fluorescens. På grunn av mangel på OPN-Ab-modifisering, selv om Ti3C2 / ICG-nanoproben inkuberes med skumceller som overuttrykker OPN, er dens ikke-spesifikke affinitet veldig svak. Siden OPN-ekspresjonen av skumceller er betydelig høyere enn for makrofager, forventes det at skumcellene co-inkubert med OPN Ab / Ti3C2 / ICG nanoprobes vil ha betydelig forbedret rød fluorescens, mens makrofager behandlet med det samme Det fluorescerende signalet er relativt svak.

Intravaskulær ultralyd (IVUS), røntgenbilder, optisk koherensstomografi og magnetisk resonans (MR) er de mest brukte metodene for klinisk diagnose av AS. Ved å bruke disse teknikkene kan man godt observere den detaljerte morfologien til AS-plaketter, analysere løseligheten til plakettene og måle tykkelsen på intima-media. Imidlertid er dens følsomhet relativt lav, og det er vanskelig å skjerme nøkkelkomponentene i AS-plaketter, noe som utgjør en stor utfordring for identifiseringen av AS-sårbare plaketter. Fotoakustisk avbildning er en ny type biomedisinsk diagnostisk metode som kombinerer den høye følsomheten til optisk avbildning og den relativt høye penetrasjonsdybden til ultralydavbildning, med høy romlig oppløsning og god vevskontrast. For eksempel ved bruk av interne kilder Sammenligningen av hemoglobin (PA) eller eksogene lipider (PA) kan bidra til å skille hemoglobin (PA) i visse vev fra normalt vev, nanomaterialer og organiske fargestoffmolekyler med typisk nær-infrarød adsorpsjon. I tidligere studier var PA-avbildning av AS hovedsakelig fokusert på intravaskulær PA-avbildning ved hjelp av kommersielle intravaskulære ultralydkateter eller AS-plaketter. Imidlertid kan rene in vitro-studier ikke fullstendig bevise muligheten for PA-avbildning i et mer realistisk blodholdig og komplekst vevsmiljø. In vivo intravaskulær PA-avbildning er en invasiv diagnostisk metode, som gjør det enkelt å direkte identifisere levende vev. Skadet plakett gir mye usikkerhet.

Fremveksten av nær-infrarøde nanoprober gir en god løsning for å overvinne de ovennevnte manglene. Nære infrarøde nanoprober har vanligvis utmerkede optiske absorpsjonskoeffisienter, noe som i stor grad kan forbedre følsomheten til PA-avbildning, selv når man møter utfordringen med sterk bakgrunnsinterferens samtidig. Kombinasjonen av funksjonelle aptamerer og nanoprober fremmer videre molekylært nivå Ikke-invasiv diagnose. Imidlertid er anvendelsen av ikke-invasiv PA-avbildning i AS-sykdom fortsatt i begynnelsen.

Kort fortalt foreslo forskerteamet en ikke-invasiv in vivo PA-avbildningsplattform basert på OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-nanoprober for den intuitive diagnosen av sårbare AS-plaketter. Ved å bruke Ti3C2 nanoskjema som nanobærer, sammen med PEI-belegget, blir den kovalente bindingen av OPN-Ab og den store mengden ICG-molekyler godt realisert. Den sonde-baserte PA-avbildningen er en god løsning for screening av nøkkelkomponentene i AS-plakk på molekylært nivå, og det gir også mange muligheter for videre utforskning av ikke-invasiv avbildning av dype vev (human halspulsår, halspulsår og halspulsår arterie).