光声成像应用 | 探寻动脉粥样硬化斑块

随着我国人民的生活水平逐渐提高，动脉粥样硬化在中老年疾病中变得越来越常见。其对应于体内的具体表现，是在动脉壁上堆积脂质和坏死组织，形成斑块（plaque）。目前，有多种成像技术应用在动脉粥样硬化斑块的发现上，如正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）等。但此类单纯的解剖学成像只能判断有无 斑块，却无法评估每一处的风险——动脉粥样硬化始发于儿童时期且持续进展，因而大部分成年人或多或少有些损伤，却并不是每一处都会造成诸如中风等严重后果。因此我们仍需开发新的诊断方法，用于评估每一处斑块存在的风险。其中一个方法，就是检测斑块附近的单核细胞（Monocyte）。

循环单核细胞（Circulating 

Monocyte）主要分为Ly-6Chi与Ly-6Clo两类。研究发现只有Ly-6Chi及其分化的泡沫巨噬细胞与动脉粥样硬化炎症反应相关，并将导致动脉粥样硬化斑块。因此我们寻找的方法，需能够检测Ly-6Chi和巨噬细胞的分布情况。 

在此之前，已经有诸多对巨噬细胞成像的方法。但这些方法对Ly-6Chi单核细胞及其分化的泡沫巨噬细胞均没有很好的选择性。甚至会因为对其他种类细胞的成像而降低诊断准确性。因此在该文章中，作者开发了一种新的单壁碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotubes，SWNTs）。实验首先对小鼠进行为期4周的高脂肪饮食，以提供造模前提；而后多次注射链脲霉素——一种糖尿病造模试剂，可使鼠类的血糖升高；之后，于实验第6周对小鼠颈动脉进行结扎，以形成动脉粥样硬化斑块；在第8周注射单壁碳纳米管，并于注射后第6、24、48、72小时对处死小鼠的颈动脉进行光声成像与流式细胞分析。

图1 实验步骤

在流式细胞分析的结果（图2、3）中，可以很清楚地看出很大比例的单壁碳纳米管可高选择性地被Ly-6Chi单核细胞及泡沫巨噬细胞摄取。

图2 流式细胞分析结果1：泡沫巨噬细胞（上二图）和Ly-6Chi单核细胞（下二图）分别摄取了73%和57%的单壁碳纳米管

图3 流式细胞分析结果2：其他免疫细胞摄取了单壁碳纳米管的比例均非常低

光声成像结果也同样表明，在注射单壁碳纳米管6h后，存在动脉粥样硬化斑块的动脉信号强度远高于正常动脉（图4、5）。之后的差距逐渐减小，主要是单壁碳纳米管被代谢所致。

图4 光声信号结果对比

图5 实验组（C）与对照组（D）的成像对比（图C有红白色信号，为强烈的光声信号；图D仅有黑白信号，为超声信号，无光声信号）

文章的这一发现，无疑可以为之后的动脉粥样硬化斑块检测提供思路。正如作者在文章中所言：“对那些促进斑块不稳定和致病的细胞进行成像，可以辨识炎症、高风险血管区域；预测和评估板块脱落风险；指导治疗方向。”

参考文献：

[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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往期回顾：

● 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统

● 小鼠解剖应用笔记 —— 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统

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