Geavanceerde materialen: nieuwe technologie voor de inspectie van kwetsbare atherosclerotische plaques

Hart- en vaatziekten (HVZ) zijn een van de ernstigste bedreigingen voor de menselijke gezondheid. Vooral in mijn land nemen de morbiditeit en mortaliteit als gevolg van hart- en vaatziekten nog steeds toe. Atherosclerose (AS) is de belangrijkste pathologische oorzaak van hart- en vaatziekten. De ontstekingsreactie loopt door alle stadia van AS, van het ontstaan ​​van arteriële vetstrepen tot de vorming van AS en zelfs het scheuren van plaques. Tegelijkertijd, macrofagen Het speelt een sleutelrol in het proces van het absorberen van geoxideerd lipoproteïne met lage dichtheid (oxLDL) in schuimcellen. Tegelijkertijd geeft het een groot aantal ontstekingsfactoren af ​​en produceert het onstabiele AS-plaques. Klinische studies hebben aangetoond dat schuimcellen die rijk zijn aan AS-plaques gemakkelijk kunnen scheuren en trombi kunnen vormen, wat leidt tot fatale complicaties zoals een hartinfarct en beroerte. Daarom is het effectief identificeren van schuimcellen en het onderscheiden van kwetsbare AS-plaques van groot belang voor de preventie en behandeling van klinische cardiovasculaire aandoeningen.

Op basis hiervan leidde professor Zheng Lemin van het Institute of Cardiovascular Science van Peking University Health Science Center en het Key Laboratory of Molecular Cardiovascular Science het team ertoe om Ti3C2 / ICG-nanocomposieten te gebruiken als PA-nanosondes om een ​​niet-invasief PA-beeldvormingsplatform te ontwikkelen, dat realiseerde met succes Directe intravitale beeldvorming van kwetsbare AS-plaques. De onderzoeksresultaten zijn getiteld" A Non-InvASive Nanoprobe for In Vivo Photoacoustic Imaging of Vulnerable Atherosclerotic Plaque" en online gepubliceerd in de" Advanced Materials" tijdschrift.

Zowel Ti3C2-nanobladen als ICG hebben uitstekende PA-beeldvormingsprestaties. Bovendien hebben Ti3C2-nanobladen een groot specifiek oppervlak en kunnen ze worden gebruikt als nanodragers beladen met een verscheidenheid aan ICG-moleculen, zodat Ti3C2 / ICG-nanosondes de prestaties van PA aanzienlijk kunnen verbeteren. Om zeer selectieve herkenning van kwetsbare plaques uit te voeren, koos het menselijk oog het overexpressie-osteopontine (OPN) in de schuimcellen van AS-plaques als doelwit. Door de modificatie van anti-OPN-antilichaam (OPN Ab), kan de gevormde OPN Ab / Ti3C2 / ICG-nanosonde specifiek schuimcellen en kwetsbaar plakweefsel herkennen. Na intraveneuze injectie in AS-modelmuizen vertoonde de OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-nanosonde bijzonder verbeterde PA-beeldvorming op de fragiele plaque-rijke aortaboog.

De onderzoekers ontdekten ook dat macrofagen en schuimcellen die geen enkele behandeling hebben ondergaan geen rode fluorescentie vertonen. Vanwege het ontbreken van OPN-Ab-modificatie, zelfs als de Ti3C2 / ICG-nanosonde wordt geïncubeerd met schuimcellen die OPN tot overexpressie brengen, is de niet-specifieke affiniteit ervan erg zwak. Omdat de OPN-expressie van schuimcellen aanzienlijk hoger is dan die van macrofagen, wordt verwacht dat de schuimcellen die samen met OPN Ab / Ti3C2 / ICG-nanosondes zijn geïncubeerd, een significant verbeterde rode fluorescentie zullen hebben, terwijl macrofagen die met hetzelfde zijn behandeld relatief zwak.

Intravasculaire echografie (IVUS), röntgenbeeldvorming, optische coherentietomografie en magnetische resonantie (MR) beeldvorming zijn de meest gebruikte methoden voor de klinische diagnose van AS. Met behulp van deze technieken kan de gedetailleerde morfologie van AS-plaques goed worden waargenomen, de oplosbaarheid van de plaques worden geanalyseerd en de dikte van de intima-media worden gemeten. De gevoeligheid is echter relatief laag en het is moeilijk om de belangrijkste componenten van AS-plaques te screenen, wat een enorme uitdaging vormt voor de identificatie van AS-kwetsbare plaques. Fotoakoestische beeldvorming is een nieuw type biomedische diagnostische methode die de hoge gevoeligheid van optische beeldvorming en de relatief hoge penetratiediepte van ultrasone beeldvorming combineert met een hoge ruimtelijke resolutie en een goed weefselcontrast. Gebruik bijvoorbeeld interne bronnen. De vergelijking van hemoglobine (PA) of exogene lipiden (PA) kan helpen om hemoglobine (PA) in bepaalde weefsels te onderscheiden van normale weefsels, nanomaterialen en organische kleurstofmoleculen met typische nabij-infraroodadsorptie. In eerdere studies was PA-beeldvorming van AS voornamelijk gericht op intravasculaire PA-beeldvorming met behulp van commerciële intravasculaire echografie-katheters of AS-plaques. Pure in vitro studies kunnen de haalbaarheid van PA-beeldvorming echter niet volledig bewijzen in een meer realistische bloedbevattende en complexe weefselomgeving. In vivo intravasculaire PA-beeldvorming is een invasieve diagnostische methode, die het gemakkelijk maakt om levende weefsels direct te identificeren. Beschadigde tandplak brengt veel onzekerheid met zich mee.

De opkomst van nabij-infrarode nanosondes biedt een goede oplossing om bovenstaande tekortkomingen te verhelpen. Nabij-infrarode nanosondes hebben meestal uitstekende optische absorptiecoëfficiënten, die de gevoeligheid van PA-beeldvorming aanzienlijk kunnen verbeteren, zelfs als ze tegelijkertijd worden geconfronteerd met sterke achtergrondinterferentie. De combinatie van functionele aptameren en nanosondes bevordert verder de niet-invasieve diagnose op moleculair niveau. De toepassing van niet-invasieve PA-beeldvorming bij AS-ziekte staat echter nog in de kinderschoenen.

Kortom, het onderzoeksteam stelde een niet-invasief in vivo PA-beeldvormingsplatform voor op basis van OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-nanosondes voor de intuïtieve diagnose van kwetsbare AS-plaques. Door Ti3C2 nanobladen als nanodrager te gebruiken, samen met de PEI-coating, wordt de covalente binding van OPN-Ab en de grote belasting van ICG-moleculen goed gerealiseerd. De op sonde gebaseerde PA-beeldvorming is een goede oplossing voor het screenen van de belangrijkste componenten van AS-plaques op moleculair niveau, en het biedt ook veel mogelijkheden voor verdere verkenning van niet-invasieve beeldvorming van diepe weefsels (menselijke halsslagader, halsslagader en halsslagader). slagader).