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活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像

日期: 2021-09-22
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2021/09/15



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纳米岛公众号发布14号文章



中科院自动化所田捷在Theranostics研究工作报道:活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像



炎症是动脉粥样硬化斑块进展和破裂的关键驱动因素,也是识别脆弱斑块的目标。然而,目前用于区分易损斑块和稳定斑块的活体成像方法因其特异性和敏感性较低而面临挑战。在本篇工作中,作者开发出了一种基于超顺磁性纳米颗粒(来自东纳生物)的新型多模态成像平台。通过检测易损动脉粥样硬化斑块的潜在炎症标志物—活性髓过氧化物酶(MPO)来特异性地靶向识别体内的高危斑块。





磁性粒子成像(MPI)是一种使用超顺磁性氧化铁纳米粒子(SPION)作为成像剂的新兴断层扫描方法。自2005年首次推出以来,MPI被报道具有多种显著优势:高质量灵敏度(纳克级Fe),高空间分辨率(亚毫米),零组织深度信号衰减和无电离辐射。





在本研究中,FLI/MPI/CTA不仅可以对整个动脉树进行成像,还可以通过3D全身成像灵敏地识别位于腹主动脉中的易损斑块。此外,它可用于监测活性MPO的抑制。这表明FLI/MPI/CTA是一种很有前景的成像技术,具有检测易损动脉粥样硬化斑块以及监测MPO活性的巨大潜力。





活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像





图1. 5HFeC探针尺寸形貌、流体力学以及光谱学参数






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本文重点


(1)作者构建了一种MPO靶向的FLI/MPI/CTA(荧光成像/磁粒子成像/CT血管成像)多模态纳米探针,探针以20nm PEG(聚乙二醇)化超顺磁氧化铁纳米颗粒(南京东纳生物)为主体,分别修饰MPO靶向分子5-羟色胺(5-HT)和Cy7荧光分子。5HFeC(5-HT-Fe3O4-Cy7)纳米探针具有较强荧光成像能力,与市售两款MPI造影剂相比具有更强的MPI信号,以及基本一致的MPI空间分辨率。5HFeC探针在缓冲体系和模拟体内环境溶液中流体力学稳定性极佳,同时,CCK-8实验验证了其低细胞毒性。





活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像





图2. 5HFeC探针MPI成像参数、与同类产品对比数据、稳定性实验和细胞毒性实验





(2)与此同时,在动脉粥样硬化ApoE-/-小鼠模型的体内实验中,FLI/MPI/CTA成像都表明5HFeC探针可以靶向动脉粥样硬化中的活性MPO。此外,荧光强度和MPI信号主要检测在腹主动脉而不是主动脉弓,表明活性MPO在腹主动脉斑块中表达较高。组织学分析显示,与主动脉粥样硬化相比,腹主动脉粥样硬化表现出易损特征,巨噬细胞表达增多,新生血管和微钙化增多,胶原蛋白较少。此外,抑制MPO活性对斑块大小无明显影响,但可降低腹主动脉5HFeC探针的荧光强度和MPI信号。组织学分析证实活性MPO的5HFeC纳米粒的靶向性降低。斑块成分分析进一步证明,抑制MPO活性可通过减少巨噬细胞、平滑肌细胞和MCP-1的表达来稳定腹主动脉斑块。因此,含有FLI/MPI/CTA的5HFeC纳米粒也可用于体内MPO活性的监测。





活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像





活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像





图3. 5HFeC探针体内外MPO靶向实验





活性髓过氧化物酶靶向纳米粒子对易损动脉粥样硬化斑块的高灵敏磁性粒子成像





图4. 5HFeC探针在静脉注射后,通过FLI/MPI/CTA成像鉴定动脉粥样硬化小鼠腹主动脉中的易损斑块






总结


本文构建的5HFeC探针通过FLI/MPI/CTA多模态成像技术,被用于可视化靶向活性MPO以识别易损斑块。虽然FLI有一定的缺点,包括自身荧光干扰和有限的组织穿透,但它的高灵敏度可以成像浅表动脉,包括腹主动脉和颈动脉的动脉粥样硬化斑块。MPI具有组织深度信号衰减为零、灵敏度高、无电离辐射等优点,克服了FLI的缺点。CTA可以评估管腔狭窄程度、图像钙化,并提供解剖信息,实现三维成像。综上所述,5HFeC探针可以高灵敏度应用于动脉粥样硬化活性MPO的FLI/MPI/CTA多模态成像,同时有助于识别易感斑块和监测MPO活性。






PART.








参考文献


Tong W, Hui H, Shang W, Zhang Y, Tian F, Ma Q, Yang X, Tian J, Chen Y. Highly sensitive magnetic particle imaging of vulnerable atherosclerotic plaque with active myeloperoxidase-targeted nanoparticles. Theranostics .2021; 11(2):506-521.

Doi:10.7150/thno.49812

Available from https://www.thno.org/v11p0506.htm


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