Kehittyneet materiaalit: Uusi tekniikka haavoittuvien ateroskleroottisten plakkien tarkastukseen

Sydän- ja verisuonitaudit (CVD) ovat yksi vakavimmista uhista ihmisten terveydelle. Erityisesti kotimaassani sydän- ja verisuonitautien aiheuttama sairastuvuus ja kuolleisuus lisääntyvät edelleen. Atheroskleroosi (AS) on sydän- ja verisuonitautien tärkein patologinen syy. Tulehdusvaste kulkee AS: n kaikissa vaiheissa, valtimorasvajujen sukupolvesta AS: n muodostumiseen ja jopa plakkien repeämiseen. Samalla makrofagit Sillä on keskeinen rooli hapettuneen matalatiheyksisen lipoproteiinin (oxLDL) imeytymisprosessissa vaahtosoluihin. Samalla se vapauttaa suuren määrän tulehdustekijöitä ja tuottaa epävakaita AS-plakaatteja. Kliinisissä tutkimuksissa on havaittu, että as-plakeissa runsaasti vaahtosoluja on helppo repeää ja muodostaa trombi, mikä johtaa kuolemaan johtaviin komplikaatioihin, kuten sydäninfarktiin ja aivohalvaukseen. Siksi vaahtosolujen tehokkaalla tunnistamisella ja haavoittuvien AS-plakkien erottamisella on suuri merkitys kliinisten sydän- ja verisuonitautien ehkäisyssä ja hoidossa.

Tämän perusteella professori Zheng Lemin Pekingin yliopiston terveystieteellisen keskuksen sydän- ja verisuonitieteen instituutista ja molekyylikardiovaskulaarisen tieteen avainlaboratoriosta johtivat tiimin käyttämään Ti3C2/ ICG-nanokoskosiittia PA-nanoprobeina kehittääkseen ei-invasiivisen PA-kuvantamisalustan, joka onnistuneesti tajusi suoran intravitaalisen kuvantamisen haavoittuvista AS-plaketeista. Tutkimustulokset ovat nimeltään "Ei-invASive Nanoprobe in Vivo Photoacoustic Imaging of Vulnerable Atherosclerotic Plaque" ja julkaistu verkossa "Advanced Materials" -lehdessä.

Sekä Ti3C2-nanosheetillä että ICG:llä on erinomainen PA-kuvantamiskyky. Lisäksi Ti3C2-nanosheetillä on suuri erityinen pinta-ala, ja niitä voidaan käyttää nanokarrieina, jotka on ladattu erilaisilla ICG-molekyyleillä, jotta Ti3C2/ ICG-nanoprobeilla voidaan merkittävästi parantaa PA: n suorituskykyä. Haavoittuvien plakkien erittäin selektiivisen tunnistamisen suorittamiseksi ihmissilmä valitsi kohteeksi AS-plakkien vaahtosoluissa olevan yli-ilmentymän osteopontiinin (OPN). Opn- vasta- ainetta (OPN Ab) muokkaamalla muodostunut OPN Ab/ Ti3C2 / ICG nanoprobe tunnistaa erityisesti vaahtosolut ja haavoittuvan plakkikudoksen. Kun OPN- Ab/ Ti3C2/ ICG- nanoprobe oli injektoitu AS- mallihiiriin laskimoon, se osoitti erityisen tehostettua PA- kuvantamista hauraassa plakkipitoisessa aorttakaaressa.

Tutkijat havaitsivat myös, että makrofagit ja vaahtosolut, joille ei ole tehty mitään hoitoa, eivät osoita punaista fluoresenssia. OPN- Ab: n muutoksen puutteen vuoksi, vaikka Ti3C2/ ICG- nanoprobe inkuboidaan vaahtosoluilla, jotka yli-innostavat OPN: tä, sen epäsifinen affiniteetti on hyvin heikko. Koska vaahtosolujen OPN-ilmentymä on huomattavasti suurempi kuin makrofagien, on odotettavissa, että samalla fluoresoivalla signaalilla käsitellyt vaahtosolut, jotka inkuboidaan samanaikaisesti OPN Ab/Ti3C2/ICG-nanoprobejen kanssa, ovat merkittävästi tehostaneet punaista fluoresenssia, kun taas samalla käsitellyt makrofagit Loistesignaali on suhteellisen heikko.

Intravaskulaarinen ultraääni (IVUS), röntgenkuvaus, optisen yhtenäisyyden tomografia ja magneettiresonanssikuvaus (MR) ovat yleisimmin käytettyjä menetelmiä AS: n kliiniseen diagnosointiin. Näiden tekniikoiden avulla voidaan hyvin tarkkailla AS-plakkien yksityiskohtaista morfologiaa, analysoida plakkien liukoisuutta ja mitata intima-median paksuutta. Sen herkkyys on kuitenkin suhteellisen alhainen, ja AS-plakkien keskeisiä komponentteja on vaikea seuloa, mikä on valtava haaste AS-haavoittuvien plakkien tunnistamiselle. Fotoakustinen kuvantaminen on uudenlainen biolääketieteellinen diagnostinen menetelmä, jossa yhdistyvät optisen kuvantamisen korkea herkkyys ja ultraäänikuvauksen suhteellisen korkea läpäisysyvyys sekä korkea tilallinen resoluutio ja hyvä kudoskontrasti. Esimerkiksi sisäisten lähteiden käyttö Hemoglobiinin (PA) tai eksogeenisten lipidien (PA) vertailu voi auttaa erottamaan tiettyjen kudosten hemoglobiinin (PA) normaaleista kudoksista, nanomateriaaleista ja orgaanisista värimolekyyleistä, joilla on tyypillinen lähi-infrapuna adsorptio. Aiemmissa tutkimuksissa AS: n PA- kuvantaminen keskittyi pääasiassa suonensisäiseen PA- kuvantamiseen kaupallisten suonensisäisten ultraäänikatetrien tai AS- plakkien avulla. Puhtaat in vitro -tutkimukset eivät kuitenkaan voi täysin osoittaa PA-kuvantamisen toteutettavuutta realistisessa verta sisältävässä ja monimutkaisessa kudosympäristössä. In vivo suonensisäinen PA-kuvantaminen on invasiivinen diagnostinen menetelmä, jonka avulla elävät kudokset on helppo tunnistaa suoraan. Vaurioitunut plakki tuo paljon epävarmuutta.

Lähi-infrapunananoprobejen syntyminen tarjoaa hyvän ratkaisun edellä mainittujen puutteiden korjaamiseen. Lähi-infrapunananoprobeilla on yleensä erinomaiset optiset absorptiokertoimet, jotka voivat parantaa huomattavasti PA-kuvantamisen herkkyyttä, vaikka ne kohtaavat samanaikaisesti voimakkaan taustahäiriön haasteen. Funktionaalisten aptameerien ja nanoprobejen yhdistelmä edistää edelleen molekyylitasoa Ei-invasiivinen diagnoosi. Ei-invasiivisen PA-kuvantamisen soveltaminen AS-tautiin on kuitenkin vielä lapsenkengissä.

Lyhyesti sanottuna tutkimusryhmä ehdotti ei-invasiivista in vivo PA -kuvantamisalustaa, joka perustuu OPN-Ab/Ti3C2/ICG-nanoprobeihin haavoittuvien AS-plakkien intuitiiviseen diagnosointiin. Käyttämällä nanokarrierina Ti3C2-nanosheetit yhdessä PEI-pinnoitteen kanssa OPN-Ab:n kovalenttinen sidos ja suuri ICG-molekyylien kuormitus toteutuvat hyvin. Anturipohjainen PA-kuvantaminen on hyvä ratkaisu AS-plakkien keskeisten komponenttien seulontaan molekyylitasolla, ja se tarjoaa myös monia mahdollisuuksia tutkia edelleen syvien kudosten ei-invasiivista kuvantamista (ihmisen kaulavaltimo, kaulavaltimo ja kaulavaltimo).