ICG掺杂靶向微泡对CMD的双模态分子成像与治疗评估

来源 :新疆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sisi200713
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目的:通过制备ICG掺杂的脂质微泡(indocyanine greendoped targeted microbubbles,T-MBs-ICG)作为双模态靶向分子探针,实现冠状动脉微血管功能障碍疾病(Coronary microvascular dysfunction,CMD)的高灵敏度荧光成像和实时超声分子成像的多模态影像学技术。利用构建阻塞性冠状动脉微血管功能障碍疾病的小鼠模型,基于微循环障碍发生发展的三个关键时期,筛选灵敏度好、特异性高、可用于影像学监测的CMD不同病生病理时期的标志物,为分子影像可视化定量评价CMD的不同病生病理时期提供特异性靶点。进一步利用T-MBs-ICG实现CMD小鼠模型中心肌组织的近红外荧光成像信号,并通过超声分子成像提供纤维蛋白的分子信息,利用T-MBs-ICG的双模态成像评估瑞舒伐他汀的疗效,实现CMD的早期精准诊断、疗效评价及预后评估。方法:实验过程中通过结扎冠状动脉左前降支的手术方式制备阻塞性微血管功能障碍动物模型。狭窄的冠状动脉微血管功能障碍动物模型,在完成动物模型的制备后,于多个时间点取血液及组织样品,进行生物化学以及病理组织分析,确定不同病生病理时期,探索CMD各病理阶段有效的分子影像学靶点。接下来通过使用薄膜水化法制备掺杂有荧光染料ICG(Indocyanine Green)的MBs(Micro Bubbles)简称为MBs-ICG,CREKA多肽通过迈克尔加成反应被修饰到MBs-ICG表面,简称为T-MBs-ICG,为了评价其一般理化性质、粒径及表面电位,同时检测其稳定性及体外纤维蛋白靶向能力和造影成像效果并验证其对细胞的毒性作用。最后通过T-MBs-ICG增强体外近红外荧光及超声成像效果的能力,进一步用于冠状动脉微血管功能障碍动物模型中,将CMD小鼠模型损伤的心肌组织进行近红外荧光成像,通过测定信背比精准定位损伤的心肌组织,并通过将T-MBs-ICG在静脉注射后获得超声分子影像信息,更加直观的提供心室和心肌结构以及纤维蛋白的分子信息,并进一步利用T-MBs-ICG的双模态成像互补能力评价心血管药物瑞舒伐他汀在临床治疗CMD的疗效。结果:通过制备与临床相关的阻塞性冠状动脉微血管功能障碍动物模型CMD,在术后1天、3天、7天进行包括Masson染色、HE染色、三苯基四氮唑氯化物(TTC)染色和微血管密度在内的病理检测以及心电图和超声心动图等技术进行定量分析,模拟了CMD的动态发展过程,将其病理进程大致分为以下三个时期:缺血早期:内皮细胞损伤(≤1天);炎性侵润期:炎性细胞聚集、粘附和浸润(1-3天);纤维素性微血栓形成(≥3天)。由于这些病理生理进展过程贯穿始终,本研究将深入挖掘微血栓形成期的分子标志物,并分析其功能特征,制备双模态靶向微泡造影剂T-MBs-ICG,形态规则,具有典型的气泡结构,稳定性良好,荧光显微镜图像显示它包含了黑色的气体核心和明亮的荧光外壳,动态光散射(DLS)测量显示微泡的平均流体动力学尺寸为≈1微米。T-MBs-ICG的体外成像性能结果表明T-MBs-ICG的超声信号强度随着微泡浓度的增加而增强。此外,在780nm和803nm处分别检测到了一个特征性的吸收峰和一个特征性的荧光发射峰,与游离的ICG的荧光光谱相匹配。这些结果表明,ICG染料被成功地装载在了微泡的外壳中,并保持了良好的近红外光学特性。本实验还进一步优化了掺入微泡中的ICG的量,结果显示在ICG浓度达到8微克/毫升时,近红外荧光最亮。优化后的T-MBs-ICG的近红外荧光信号也被发现随着微泡浓度的增加而增强。此外,制备的T-MBs-ICG可以储存10小时以上而不破裂,这明显优于商用Sono Vue微泡(储存时间:约6小时)。随后进一步采用T-MBs-ICG在CMD小鼠模型中实现了受伤心肌组织的近红外荧光成像,导致信号-背景比(SBR)高达50,比非靶向治疗组高出20倍。此外,T-MBs-ICG的超声分子成像在静脉注射后60秒内获得,提供心室和心肌的结构,以及纤维蛋白的分子信息,分辨率为1.033×0.466毫米。更重要的是,本研究利用T-MBs-ICG的双模态成像来评估瑞舒伐他汀对治疗CMD的疗效。总的来说,所开发的具有良好生物相容性的T-MBs-ICG探针在CMD的临床诊断中显示出巨大的潜力,在体外和体内均表现出良好的生物相容性,并且微泡的主要成分已被美国食品和药物管理局(FDA)批准用于临床。结论:本研究设计并制备了纤维蛋白靶向微泡(T-MBs-ICG)作为成像探针,用于CMD疾病的精确诊断,在微泡的脂质层中加入ICG,不仅可以保持超声对比度,还可以赋予微泡近红外荧光成像的能力。此外,在体外血栓模型和体内CMD小鼠模型上证明了使用T-MBs-ICG主动靶向纤维蛋白的分子机制。本研究成功地利用开发的T-MBs-ICG在CMD小鼠模型中实现了高灵敏度的近红外荧光成像和实时、高分辨率的超声分子成像,并通过T-MBs-ICG的双模态成像特征,评估了瑞舒伐他汀在治疗CMD疾病的疗效。
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