Fortschrittliche Materialien: Neue Technologie zur Inspektion gefährdeter atherosklerotischer Plaques

Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) sind eine der schwerwiegendsten Bedrohungen für die menschliche Gesundheit. Besonders in meinem Land steigt die durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachte Morbidität und Mortalität immer noch an. Atherosklerose (AS) ist die hauptsächliche pathologische Ursache für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Entzündungsreaktion durchläuft alle Stadien der AS, von der Erzeugung von arteriellen Fettstreifen über die Bildung von AS bis hin zum Platzen von Plaques. Gleichzeitig Makrophagen Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Absorption von oxidiertem Lipoprotein niedriger Dichte (oxLDL) in Schaumzellen. Gleichzeitig setzt es eine Vielzahl von Entzündungsfaktoren frei und produziert instabile AS-Plaques. Klinische Studien haben gezeigt, dass Schaumzellen, die reich an AS-Plaques sind, leicht aufbrechen und Thromben bilden können, was zu tödlichen Komplikationen wie Myokardinfarkt und Schlaganfall führt. Daher ist die effektive Identifizierung von Schaumzellen und die Unterscheidung gefährdeter AS-Plaques für die Prävention und Behandlung klinischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen von großer Bedeutung.

Auf dieser Grundlage führte Professor Zheng Lemin vom Institut für Herz-Kreislauf-Wissenschaften des Health Science Center der Universität Peking und dem Schlüssellabor für molekulare Herz-Kreislauf-Wissenschaften das Team dazu, Ti3C2 / ICG-Nanokomposite als PA-Nanosonden zu verwenden, um eine nicht-invasive PA-Bildgebungsplattform zu entwickeln erfolgreich realisiert Direkte intravitalen Bildgebung von gefährdeten AS-Plaques. Die Forschungsergebnisse tragen den Titel&"Eine nicht-invasive Nanosonde für die photoakustische In-vivo-Bildgebung von gefährdeten atherosklerotischen Plaques GG". und online veröffentlicht in der&"Advanced Materials GG"; Zeitschrift.

Sowohl Ti3C2-Nanoblätter als auch ICG weisen eine hervorragende PA-Bildgebungsleistung auf. Darüber hinaus haben Ti3C2-Nanoblätter eine große spezifische Oberfläche und können als Nanoträger verwendet werden, die mit einer Vielzahl von ICG-Molekülen beladen sind, so dass Ti3C2 / ICG-Nanosonden die Leistung von PA erheblich verbessern können. Um eine hochselektive Erkennung gefährdeter Plaques durchzuführen, wählte das menschliche Auge das überexprimierte Osteopontin (OPN) in den Schaumzellen von AS-Plaques als Ziel. Durch die Modifikation des Anti-OPN-Antikörpers (OPN Ab) kann die gebildete OPN Ab / Ti3C2 / ICG-Nanosonde Schaumzellen und gefährdetes Plaque-Gewebe spezifisch erkennen. Nach intravenöser Injektion in AS-Modellmäuse zeigte die OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-Nanosonde eine besonders verbesserte PA-Bildgebung auf dem fragilen plaquereichen Aortenbogen.

Die Forscher fanden auch heraus, dass Makrophagen und Schaumzellen, die keiner Behandlung unterzogen wurden, keine rote Fluoreszenz zeigen. Aufgrund des Fehlens einer OPN-Ab-Modifikation ist ihre unspezifische Affinität sehr schwach, selbst wenn die Ti3C2 / ICG-Nanosonde mit Schaumzellen inkubiert wird, die OPN überexprimieren. Da die OPN-Expression von Schaumzellen signifikant höher ist als die von Makrophagen, wird erwartet, dass die mit OPN Ab / Ti3C2 / ICG-Nanosonden zusammen inkubierten Schaumzellen eine signifikant erhöhte rote Fluoreszenz aufweisen, während Makrophagen mit denselben behandelt werden. Das Fluoreszenzsignal ist relativ schwach.

Intravaskulärer Ultraschall (IVUS), Röntgenbildgebung, optische Kohärenztomographie und Magnetresonanztomographie (MR) sind die am häufigsten verwendeten Methoden zur klinischen Diagnose von AS. Mit diesen Techniken kann die detaillierte Morphologie von AS-Plaques gut beobachtet, die Löslichkeit der Plaques analysiert und die Dicke der Intima-Media gemessen werden. Die Empfindlichkeit ist jedoch relativ gering, und es ist schwierig, die Schlüsselkomponenten von AS-Plaques zu untersuchen, was eine große Herausforderung für die Identifizierung von AS-gefährdeten Plaques darstellt. Die photoakustische Bildgebung ist eine neuartige biomedizinische Diagnosemethode, die die hohe Empfindlichkeit der optischen Bildgebung und die relativ hohe Eindringtiefe der Ultraschallbildgebung mit einer hohen räumlichen Auflösung und einem guten Gewebekontrast kombiniert. Verwendung interner Quellen Der Vergleich von Hämoglobin (PA) oder exogenen Lipiden (PA) kann dazu beitragen, Hämoglobin (PA) in bestimmten Geweben von normalen Geweben, Nanomaterialien und organischen Farbstoffmolekülen mit typischer Adsorption im nahen Infrarot zu unterscheiden. In früheren Studien konzentrierte sich die PA-Bildgebung von AS hauptsächlich auf die intravaskuläre PA-Bildgebung mit Hilfe von kommerziellen intravaskulären Ultraschallkathetern oder AS-Plaques. Reine In-vitro-Studien können jedoch die Machbarkeit der PA-Bildgebung in einer realistischeren bluthaltigen und komplexen Gewebeumgebung nicht vollständig nachweisen. Die intravaskuläre In-vivo-PA-Bildgebung ist eine invasive diagnostische Methode, mit der sich lebende Gewebe leicht direkt identifizieren lassen. Beschädigte Plaketten bringen viel Unsicherheit mit sich.

Das Auftreten von Nanosonden im nahen Infrarot bietet eine gute Lösung zur Überwindung der oben genannten Mängel. Nahinfrarot-Nanosonden weisen normalerweise ausgezeichnete optische Absorptionskoeffizienten auf, was die Empfindlichkeit der PA-Bildgebung erheblich verbessern kann, selbst wenn gleichzeitig die Herausforderung einer starken Hintergrundinterferenz besteht. Die Kombination von funktionellen Aptameren und Nanosonden fördert die nicht-invasive Diagnose auf molekularer Ebene weiter. Die Anwendung der nicht-invasiven PA-Bildgebung bei AS-Erkrankungen steckt jedoch noch in den Kinderschuhen.

Kurz gesagt, das Forscherteam schlug eine nicht-invasive In-vivo-PA-Bildgebungsplattform auf der Basis von OPN-Ab / Ti3C2 / ICG-Nanosonden zur intuitiven Diagnose gefährdeter AS-Plaques vor. Durch die Verwendung von Ti3C2-Nanoblättern als Nanoträger zusammen mit der PEI-Beschichtung werden die kovalente Bindung von OPN-Ab und die große Menge an ICG-Molekülen gut realisiert. Die sondenbasierte PA-Bildgebung ist eine gute Lösung für das Screening der Schlüsselkomponenten von AS-Plaques auf molekularer Ebene und bietet auch viele Möglichkeiten zur weiteren Erforschung der nicht-invasiven Bildgebung von tiefen Geweben (menschliche Halsschlagader, Halsschlagader und Halsschlagader) Arterie).