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目的:探究新型纳米制剂——靶向降温微气泡在小鼠急性缺血性脑卒中发生后是否能到达病灶区域并发挥治疗作用,运用多种成像手段评价微气泡对急性缺血性脑卒中小鼠的治疗效果。
方法:(1)构建一种新型微气泡造影剂——靶向降温纳米微泡。采用血小板作为外膜包被一种比热容较大的惰性气体——氦气,去除血小板内容物后由超声振荡通过空化效应使血小板膜包裹氦气,构建具有降温性能的纳米体系。采用免疫荧光成像、激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜、动态光散射表征物理性质。通过近红外小动物成像仪显示靶向性;光敏测温反映降温效果。
(2)监测靶向降温微气泡对急性缺血性脑卒中模型小鼠的疗效。随机选取雄性C57BL/6野生型小鼠,缺血性脑卒中建模后,分组为急性缺血性卒中小鼠模型组(非治疗组),模型组注射血小板膜泡(材料对照组),模型组注射血小板纳米微泡(治疗组)。注射材料组皆在卒中模型成功建立后半小时内进行。通过光化学栓塞法制作急性缺血动物模型,每组注射200μL/25g玫瑰红染液进行模型构建。采用激光散斑血流仪、HE染色评价造模结果。多光谱成像设备进行颅骨层面的开窗,实时监测血管状况;磁共振扫描成像(结构相)观察建立卒中模型后1天、3天、7天病灶面积与水肿变化;改良神经行为学评分(mNSS评分)反应神经功能恢复情况;免疫组化检测卒中发生后缺血区内及周围新生血管的数量及神经元变化评价治疗效果。
结果:(1)构建的新型靶向降温微气泡体系,激光共聚焦成像观测到血小板纳米微气泡有效聚集粒径为60±15nm。(2)近红外小动物活体成像仪检测到急性缺血性脑卒中小鼠缺血区荧光信号强度相对于未注射材料组升高,即带有荧光信号的血小板纳米微气泡能够靶向至病灶区域。红外光敏测温仪采集0.5h、4h、6h及12h时间点小鼠脑内温度变化,卒中模型组温度呈上升趋势,注射不含气血小板组温度变化不明显,注射纳米微气泡组温度明显下降( T0.5h=30.8133±0.58141℃, T4h=30.3633±0.57187℃, T6h=29.2767±0.16042℃,T6h=29.2767±0.16042℃,T12h=29.1133±0.25325℃),小鼠脑温随时间呈下降趋势(P=0.007),三组间脑温随时间的变化有显著差异(P<0.001)。(3)血流激光散斑成像、HE染色反映缺血性动物模型制备成功。(4)磁共振成像显示模型组病灶面积随时间无明显变化(Sday1:57.6333±8.22456cm2 , Sday3 : 63.1333±9.12707 , Sday7 :66.5333±4.26654,P=0.252),血小板纳米微气泡治疗组病灶面积减小(Sday1:40.2667±9.42992 , Sday3:16.9333±1.49778 , Sday7:0.4333±0.32146 , P=0.005),两组间梗死面积随时间变化有显著差异(P=0.001),反映微气泡存在治疗效果。在第 1、3、7 天对卒中小鼠神经功能缺损行为学进行评分,卒中模型组 mNSS 评分随时间增加(mNSSday1=16±1,mNSSday3=16.33±0.577, mNSSday7=18±1, P=0.042);卒中模型加血小板膜泡组评分随时间无明显变化( mNSSday1=14.33±0.577 , mNSSday3=13.67±1.155, mNSSday7=13.67±0.577, P=0.529 );卒中模型加血小板微气泡治疗组评分随时间下降(mNSSday1=14.33±0.577,mNSSday3=11.67±0.577, mNSSday7=9±1, P=0.001),提示纳米微气泡治疗组神经功能上升,显著改善,三组间mNSS评分随时间变化有显著差异(P<0.001)。通过免疫组织化学染色法检测血管内皮粘附因子CD31及神经元核蛋白NeuN表达情况,结果显示神经元增加、新生血管增多。多光谱成像系统反映急性期治疗组小鼠血氧信号与模型组相比折线图显示趋势差异变化,治疗组血红蛋白信号响应幅度呈上升趋势,模型组血红蛋白信号响应幅度呈下降趋势。
结论:新型纳米微气泡——靶向降温微气泡,具有靶向缺血区域和降低病灶温度的性能,多种评价手段验证此种新型微气泡能够改善模型小鼠神经功能,新生血管和神经元标志物增加,对缺血性脑卒中小鼠具有治疗效果。
方法:(1)构建一种新型微气泡造影剂——靶向降温纳米微泡。采用血小板作为外膜包被一种比热容较大的惰性气体——氦气,去除血小板内容物后由超声振荡通过空化效应使血小板膜包裹氦气,构建具有降温性能的纳米体系。采用免疫荧光成像、激光共聚焦显微镜、透射电子显微镜、动态光散射表征物理性质。通过近红外小动物成像仪显示靶向性;光敏测温反映降温效果。
(2)监测靶向降温微气泡对急性缺血性脑卒中模型小鼠的疗效。随机选取雄性C57BL/6野生型小鼠,缺血性脑卒中建模后,分组为急性缺血性卒中小鼠模型组(非治疗组),模型组注射血小板膜泡(材料对照组),模型组注射血小板纳米微泡(治疗组)。注射材料组皆在卒中模型成功建立后半小时内进行。通过光化学栓塞法制作急性缺血动物模型,每组注射200μL/25g玫瑰红染液进行模型构建。采用激光散斑血流仪、HE染色评价造模结果。多光谱成像设备进行颅骨层面的开窗,实时监测血管状况;磁共振扫描成像(结构相)观察建立卒中模型后1天、3天、7天病灶面积与水肿变化;改良神经行为学评分(mNSS评分)反应神经功能恢复情况;免疫组化检测卒中发生后缺血区内及周围新生血管的数量及神经元变化评价治疗效果。
结果:(1)构建的新型靶向降温微气泡体系,激光共聚焦成像观测到血小板纳米微气泡有效聚集粒径为60±15nm。(2)近红外小动物活体成像仪检测到急性缺血性脑卒中小鼠缺血区荧光信号强度相对于未注射材料组升高,即带有荧光信号的血小板纳米微气泡能够靶向至病灶区域。红外光敏测温仪采集0.5h、4h、6h及12h时间点小鼠脑内温度变化,卒中模型组温度呈上升趋势,注射不含气血小板组温度变化不明显,注射纳米微气泡组温度明显下降( T0.5h=30.8133±0.58141℃, T4h=30.3633±0.57187℃, T6h=29.2767±0.16042℃,T6h=29.2767±0.16042℃,T12h=29.1133±0.25325℃),小鼠脑温随时间呈下降趋势(P=0.007),三组间脑温随时间的变化有显著差异(P<0.001)。(3)血流激光散斑成像、HE染色反映缺血性动物模型制备成功。(4)磁共振成像显示模型组病灶面积随时间无明显变化(Sday1:57.6333±8.22456cm2 , Sday3 : 63.1333±9.12707 , Sday7 :66.5333±4.26654,P=0.252),血小板纳米微气泡治疗组病灶面积减小(Sday1:40.2667±9.42992 , Sday3:16.9333±1.49778 , Sday7:0.4333±0.32146 , P=0.005),两组间梗死面积随时间变化有显著差异(P=0.001),反映微气泡存在治疗效果。在第 1、3、7 天对卒中小鼠神经功能缺损行为学进行评分,卒中模型组 mNSS 评分随时间增加(mNSSday1=16±1,mNSSday3=16.33±0.577, mNSSday7=18±1, P=0.042);卒中模型加血小板膜泡组评分随时间无明显变化( mNSSday1=14.33±0.577 , mNSSday3=13.67±1.155, mNSSday7=13.67±0.577, P=0.529 );卒中模型加血小板微气泡治疗组评分随时间下降(mNSSday1=14.33±0.577,mNSSday3=11.67±0.577, mNSSday7=9±1, P=0.001),提示纳米微气泡治疗组神经功能上升,显著改善,三组间mNSS评分随时间变化有显著差异(P<0.001)。通过免疫组织化学染色法检测血管内皮粘附因子CD31及神经元核蛋白NeuN表达情况,结果显示神经元增加、新生血管增多。多光谱成像系统反映急性期治疗组小鼠血氧信号与模型组相比折线图显示趋势差异变化,治疗组血红蛋白信号响应幅度呈上升趋势,模型组血红蛋白信号响应幅度呈下降趋势。
结论:新型纳米微气泡——靶向降温微气泡,具有靶向缺血区域和降低病灶温度的性能,多种评价手段验证此种新型微气泡能够改善模型小鼠神经功能,新生血管和神经元标志物增加,对缺血性脑卒中小鼠具有治疗效果。