光聲成像應(yīng)用：探尋動(dòng)脈粥樣硬化斑塊

​隨著我國(guó)人民的生活水平逐漸提高，動(dòng)脈粥樣硬化在中老年疾病中變得越來(lái)越常見。其對(duì)應(yīng)于體內(nèi)的具體表現(xiàn)，是在動(dòng)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(yīng)用在動(dòng)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(xué)成像只能判斷有無(wú)斑塊，卻無(wú)法評(píng)估每一處的風(fēng)險(xiǎn)——動(dòng)脈粥樣硬化始發(fā)于兒童時(shí)期且持續(xù)進(jìn)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(huì)造成諸如中風(fēng)等嚴(yán)重后果。因此我們?nèi)孕栝_發(fā)新的診斷方法，用于評(píng)估每一處斑塊存在的風(fēng)險(xiǎn)。其中一個(gè)方法，就是檢測(cè)斑塊附近的單核細(xì)胞（Monocyte）。

循環(huán)單核細(xì)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(xì)胞與動(dòng)脈粥樣硬化炎癥反應(yīng)相關(guān)，并將導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。因此我們尋找的方法，需能夠檢測(cè)Ly-6C^hi和巨噬細(xì)胞的分布情況。

在此之前，已經(jīng)有諸多對(duì)巨噬細(xì)胞成像的方法。但這些方法對(duì)Ly-6C^hi單核細(xì)胞及其分化的泡沫巨噬細(xì)胞均沒有很好的選擇性。甚至?xí)�因�(yàn)閷?duì)其他種類細(xì)胞的成像而降低診斷準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)首先對(duì)小鼠進(jìn)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(shí)驗(yàn)第6周對(duì)小鼠頸動(dòng)脈進(jìn)行結(jié)扎，以形成動(dòng)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(shí)對(duì)處死小鼠的頸動(dòng)脈進(jìn)行光聲成像與流式細(xì)胞分析。

圖1 實(shí)驗(yàn)步驟
 

在流式細(xì)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(xì)胞及泡沫巨噬細(xì)胞攝取。

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

圖3 流式細(xì)胞分析結(jié)果2：其他免疫細(xì)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(dòng)脈粥樣硬化斑塊的動(dòng)脈信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于正常動(dòng)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(hào)結(jié)果對(duì)比

圖5 實(shí)驗(yàn)組（C）與對(duì)照組（D）的成像對(duì)比（圖C有紅白色信號(hào)，為強(qiáng)烈的光聲信號(hào)；圖D僅有黑白信號(hào)，為超聲信號(hào)，無(wú)光聲信號(hào)）
 

文章的這一發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑可以為之后的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊檢測(cè)提供思路。正如作者在文章中所言：“對(duì)那些促進(jìn)斑塊不穩(wěn)定和致病的細(xì)胞進(jìn)行成像，可以辨識(shí)炎癥、高風(fēng)險(xiǎn)血管區(qū)域；預(yù)測(cè)和評(píng)估板塊脫落風(fēng)險(xiǎn)；指導(dǎo)治療方向。”

 

參考文獻(xiàn)：

[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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往期回顧

● 美國(guó)PhotoSound小動(dòng)物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)

● 小鼠解剖應(yīng)用筆記 —— 美國(guó)PhotoSound小動(dòng)物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)

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