光聲成像應用：探尋動脈粥樣硬化斑塊

​隨著我國人民的生活水平逐漸提高，動脈粥樣硬化在中老年疾病中變得越來越常見。其對應于體內(nèi)的具體表現(xiàn)，是在動脈壁上堆積脂質(zhì)和壞死組織，形成斑塊（plaque）。目前，有多種成像技術(shù)應用在動脈粥樣硬化斑塊的發(fā)現(xiàn)上，如正電子發(fā)射斷層掃描（Positron Emission Tomography，PET）、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）等。但此類單純的解剖學成像只能判斷有無斑塊，卻無法評估每一處的風險——動脈粥樣硬化始發(fā)于兒童時期且持續(xù)進展，因而大部分成年人或多或少有些損傷，卻并不是每一處都會造成諸如中風等嚴重后果。因此我們?nèi)孕栝_發(fā)新的診斷方法，用于評估每一處斑塊存在的風險。其中一個方法，就是檢測斑塊附近的單核細胞（Monocyte）。

循環(huán)單核細胞（Circulating Monocyte）主要分為Ly-6C^hi與Ly-6C^lo兩類。研究發(fā)現(xiàn)只有Ly-6C^hi及其分化的泡沫巨噬細胞與動脈粥樣硬化炎癥反應相關(guān)，并將導致動脈粥樣硬化斑塊。因此我們尋找的方法，需能夠檢測Ly-6C^hi和巨噬細胞的分布情況。

在此之前，已經(jīng)有諸多對巨噬細胞成像的方法。但這些方法對Ly-6C^hi單核細胞及其分化的泡沫巨噬細胞均沒有很好的選擇性。甚至會因為對其他種類細胞的成像而降低診斷準確性。因此在該文章中，作者開發(fā)了一種新的單壁碳納米管（Single-walled Carbon Nanotubes，SWNTs）。實驗首先對小鼠進行為期4周的高脂肪飲食，以提供造模前提；而后多次注射鏈脲霉素——一種糖尿病造模試劑，可使鼠類的血糖升高；之后，于實驗第6周對小鼠頸動脈進行結(jié)扎，以形成動脈粥樣硬化斑塊；在第8周注射單壁碳納米管，并于注射后第6、24、48、72小時對處死小鼠的頸動脈進行光聲成像與流式細胞分析。

圖1 實驗步驟
 

在流式細胞分析的結(jié)果（圖2、3）中，可以很清楚地看出很大比例的單壁碳納米管可高選擇性地被Ly-6C^hi單核細胞及泡沫巨噬細胞攝取。

圖2 流式細胞分析結(jié)果1：泡沫巨噬細胞（上二圖）和Ly-6C^hi單核細胞（下二圖）分別攝取了73%和57%的單壁碳納米管

圖3 流式細胞分析結(jié)果2：其他免疫細胞攝取了單壁碳納米管的比例均非常低

光聲成像結(jié)果也同樣表明，在注射單壁碳納米管6h后，存在動脈粥樣硬化斑塊的動脈信號強度遠高于正常動脈（圖4、5）。之后的差距逐漸減小，主要是單壁碳納米管被代謝所致。

圖4 光聲信號結(jié)果對比

圖5 實驗組（C）與對照組（D）的成像對比（圖C有紅白色信號，為強烈的光聲信號；圖D僅有黑白信號，為超聲信號，無光聲信號）
 

文章的這一發(fā)現(xiàn)，無疑可以為之后的動脈粥樣硬化斑塊檢測提供思路。正如作者在文章中所言：“對那些促進斑塊不穩(wěn)定和致病的細胞進行成像，可以辨識炎癥、高風險血管區(qū)域；預測和評估板塊脫落風險；指導治療方向。”

 

參考文獻：

[1] Gifani M, Eddins D J, Kosuge H, et al. Ultraselective Carbon Nanotubes for Photoacoustic Imaging of Inflamed Atherosclerotic Plaques[J]. Advanced Functional Materials, 2021, 2101005
 

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