Materiali avanzati: nuova tecnologia per l'ispezione delle placche aterosclerotiche vulnerabili

Le malattie cardiovascolari (CVD) sono una delle minacce più gravi per la salute umana. Soprattutto nel mio paese, la morbilità e la mortalità causate dalle malattie cardiovascolari sono ancora in aumento. L'aterosclerosi (AS) è la principale causa patologica delle malattie cardiovascolari. La risposta infiammatoria attraversa tutte le fasi dell'AS, dalla generazione di strisce di grasso arterioso alla formazione di AS, e persino la rottura delle placche. Allo stesso tempo, i macrofagi Svolgono un ruolo chiave nel processo di assorbimento delle lipoproteine ​​a bassa densità ossidate (oxLDL) nelle cellule della schiuma. Allo stesso tempo, rilascia un gran numero di fattori infiammatori e produce placche AS instabili. Studi clinici hanno scoperto che le cellule schiumose ricche di placche AS sono facili da rompere e formano trombi, portando a complicazioni fatali come infarto miocardico e ictus. Pertanto, l'identificazione efficace delle cellule schiumose e la distinzione delle placche AS vulnerabili è di grande importanza per la prevenzione e il trattamento delle malattie cardiovascolari cliniche.

Sulla base di ciò, il professor Zheng Lemin dell'Istituto di scienze cardiovascolari del Centro di scienze della salute dell'Università di Pechino e il laboratorio chiave di scienze cardiovascolari molecolari ha guidato il team a utilizzare nanocompositi Ti3C2 / ICG come nanosonde PA per sviluppare una piattaforma di imaging PA non invasiva, che realizzato con successo imaging intravitale diretto di placche AS vulnerabili. I risultati della ricerca sono intitolati" A Non-InvASive Nanoprobe for In Vivo Photoacoustic Imaging of Vulnerable Atherosclerotic Plaque" e pubblicato online in" Advanced Materials" rivista.

Sia i nanofogli Ti3C2 che l'ICG hanno eccellenti prestazioni di imaging PA. Inoltre, i nanofogli Ti3C2 hanno un'ampia superficie specifica e possono essere utilizzati come nanocarrier caricati con una varietà di molecole ICG, in modo che le nanosonde Ti3C2 / ICG possano migliorare significativamente le prestazioni della PA. Per eseguire un riconoscimento altamente selettivo delle placche vulnerabili, l'occhio umano ha scelto l'osteopontina sovraespressa (OPN) nelle cellule schiumose delle placche AS come bersaglio. Attraverso la modifica dell'anticorpo anti-OPN (OPN Ab), la nanosonda OPN Ab / Ti3C2 / ICG formata può riconoscere specificamente le cellule di schiuma e il tessuto vulnerabile della placca. Dopo l'iniezione endovenosa in topi modello AS, la nanosonda OPN-Ab / Ti3C2 / ICG ha mostrato immagini PA particolarmente migliorate sull'arco aortico fragile ricco di placca.

I ricercatori hanno anche scoperto che i macrofagi e le cellule schiumose che non hanno subito alcun trattamento non mostrano alcuna fluorescenza rossa. A causa della mancanza di modifiche OPN-Ab, anche se la nanosonda Ti3C2 / ICG viene incubata con cellule di schiuma che sovraesprimono OPN, la sua affinità aspecifica è molto debole. Poiché l'espressione OPN delle cellule di schiuma è significativamente superiore a quella dei macrofagi, si prevede che le cellule di schiuma co-incubate con le nanosonde OPN Ab / Ti3C2 / ICG avranno una fluorescenza rossa significativamente migliorata, mentre i macrofagi trattati con lo stesso Il segnale fluorescente è relativamente debole.

L'ecografia intravascolare (IVUS), l'imaging a raggi X, la tomografia a coerenza ottica e la risonanza magnetica (RM) sono i metodi più comunemente usati per la diagnosi clinica di AS. Utilizzando queste tecniche è possibile osservare la morfologia dettagliata delle placche AS, analizzare la solubilità delle placche e misurare lo spessore dell'intima-media. Tuttavia, la sua sensibilità è relativamente bassa ed è difficile esaminare i componenti chiave delle placche AS, il che rappresenta un'enorme sfida per l'identificazione delle placche vulnerabili AS. L'imaging fotoacustico è un nuovo tipo di metodo diagnostico biomedico che combina l'elevata sensibilità dell'imaging ottico e la profondità di penetrazione relativamente elevata dell'imaging ecografico, con un'elevata risoluzione spaziale e un buon contrasto dei tessuti. Ad esempio, utilizzando fonti interne Il confronto tra emoglobina (PA) o lipidi esogeni (PA) può aiutare a distinguere l'emoglobina (PA) in alcuni tessuti da tessuti normali, nanomateriali e molecole di colorante organico con il tipico adsorbimento nel vicino infrarosso. In studi precedenti, l'imaging PA dell'AS era principalmente focalizzato sull'imaging PA intravascolare con l'aiuto di cateteri ecografici intravascolari commerciali o placche AS. Tuttavia, studi in vitro puri non possono dimostrare completamente la fattibilità dell'imaging PA in un ambiente tissutale complesso e contenente sangue più realistico. L'imaging intravascolare in vivo della PA è un metodo diagnostico invasivo che semplifica l'identificazione diretta dei tessuti viventi. La placca danneggiata porta molta incertezza.

L'emergere di nanosonde nel vicino infrarosso fornisce una buona soluzione per superare le carenze di cui sopra. Le nanosonde nel vicino infrarosso di solito hanno eccellenti coefficienti di assorbimento ottico, che possono migliorare notevolmente la sensibilità delle immagini PA, anche quando allo stesso tempo devono affrontare la sfida di forti interferenze di fondo. La combinazione di aptameri funzionali e nanosonde promuove ulteriormente la diagnosi non invasiva a livello molecolare. Tuttavia, l'applicazione dell'imaging PA non invasivo nella malattia AS è ancora agli inizi.

In breve, il team di ricerca ha proposto una piattaforma di imaging PA in vivo non invasiva basata su nanosonde OPN-Ab / Ti3C2 / ICG per la diagnosi intuitiva di placche AS vulnerabili. Utilizzando nanofogli Ti3C2 come nanocarrier, insieme al rivestimento PEI, il legame covalente di OPN-Ab e il grande carico di molecole ICG sono ben realizzati. L'imaging PA basato su sonda è una buona soluzione per lo screening dei componenti chiave delle placche AS a livello molecolare e fornisce anche molte opportunità per ulteriori esplorazioni dell'imaging non invasivo dei tessuti profondi (arteria carotide umana, arteria carotide e carotide arteria).