炎症是动脉粥样硬化斑块进展和破裂的关键驱动力，并且是识别易损斑块的靶标。然而，由于其特异性和敏感性极低，如何将易损的动脉粥样硬化斑块与稳定斑块区分开，是目前已有的活体成像技术面临的巨大挑战。

近日，由中国人民解放军总医院陈韵岱教授和中国科学院自动化研究所田捷研究员团队开发了一种新型多模态成像平台，该平台通过检测活性髓过氧化物酶（MPO）来特异性靶向和识别体内高危斑块。

文章名称：Highly sensitive magnetic particle imaging ofvulnerable atherosclerotic plaque with active myeloperoxidase-targetednanoparticles.

发表期刊：Theranostics

发表时间：2021年1月

影响因子：8.579

研究背景

动脉粥样硬化是一种缓慢进行的炎症性疾病，在全世界范围内大量发病和死亡。与动脉粥样硬化相关的并发症，例如缺血性中风和心肌梗塞，主要是由炎症驱动的易损动脉粥样斑块破裂引起的。

成像技术，尤其是活体内分子影像技术在动脉粥样硬化斑块的风险分层中起着重要作用。目前，先进的分子影像技术，例如超声、正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI），可用于对易损斑块进行成像。但是，这些成像方式都有其局限性。超声具有低成本和实时成像的优势；然而超声受组织渗透深度的限制。当用于冠状动脉斑块成像时，MRI会受到与心动周期和横膈膜运动相关的影响。尽管PET具有较高的灵敏度，但会受到辐射暴露和较低的空间分辨率的影响。此外，MRI和PET都需要很长的采集时间。

理想的动脉粥样硬化成像平台应使用高灵敏度成像技术和特定的靶向标记物来识别易损斑块。因此，迫切需要与多模态成像示踪剂集成的多种成像模式来识别高风险斑块。磁性粒子成像（MPI）是一种新兴的层析成像技术，它使用超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）作为示踪剂。高灵敏度（nM）、高空间分辨率（mm）、无组织深度信号衰减，无电离辐射和可以进行数月连续示踪成像是MPI的优势。此外，SPIONs已被批准用于临床。

髓过氧化物酶（MPO）是一种炎症蛋白，在动脉粥样硬化斑块发炎期间被嗜中性粒细胞和巨噬细胞分泌为活性酶。血浆MPO蛋白与冠状动脉疾病的存在和严重程度以及患者的预后成正相关。此外，晚期人类动脉瘤比早期动脉粥样硬化病变表现出更高水平的表达MPO的巨噬细胞。最近的动物研究报道，抑制MPO活性可以通过减少斑块内出血和增加纤维帽厚度来稳定易损斑块。因此，MPO越来越被认为是鉴定易损动脉粥样硬化斑块的潜在目标。

研究方法

通过将5-HT和Fe3O4 @ PEG-COOH与Cy7-NHS偶联来设计5HFeC纳米颗粒。将合成的5HFeC纳米颗粒静脉注射到ApoE-/-动脉粥样硬化小鼠中，并通过低聚物形成或蛋白质结合来特异性靶向活性MPO。通过MPO靶向的FLI （体内荧光成像）/ MPI / CTA（计算机断层血管造影）成像确定易损斑块（图1）。

图1  活性MPO的FLI/MPI/CTA成像示意图，以鉴定动脉粥样硬化易损斑块

研究结果

1、植入MPO小鼠通过 MPI 成像可确认5HFeC纳米颗粒在体内的特异性和生物分布。

注射5HFeC纳米颗粒后6-168h在左大腿中连续检测到MPI信号。注射后72h观察到MPI信号增加1.45倍，此后信号开始降低。因此，注射后6 h至72 h是通过MPI成像可视化活性MPO的最佳窗口。对于注射Fe3O4-Cy7的小鼠，仅在注射后6、12和24小时在左大腿中检测到MPI信号。

图2  5HFeC纳米颗粒在体内MPO靶向特异性（红色椭圆表示大腿的ROI）

MPI和CT的三维（3D）共配准可实现在植入MPO的大腿中对5HFeC纳米颗粒分布的可视化。

2、活性MPO的MPI 成像可识别动脉粥样硬化ApoE-/-小鼠的主动脉斑块。

静脉注射5HFeC纳米颗粒后，通过MPI成像鉴定位于动脉粥样硬化小鼠主动脉中的易损斑块。在注射前和注射后24 h获得了MPI图像（图3-上）。MPI / CTA图像显示，主要在腹主动脉检测到Fe3O4衍生的MPI信号（图3-下）。

图3-上  注射5HFeC纳米颗粒之前和之后24h，ApoE-/-小鼠主动脉粥样硬化中活动MPO的MPI成像；图3-下  动脉粥样硬化小鼠主动脉中活性MPO的MPI / CTA成像以及弓和腹主动脉中MPI信号的定量

3 、FLI / MPI成像可监测动脉粥样硬化斑块中的MPO活性。

如图4所示，HFD组的MPI信号显着高于Con组（38.72±6.99 vs 18.77±1.97，P <0.001）和HFD + 4-ABAH组（38.72± 6.99 vs 25.07±3.72，P <0.005）。HFD组的主动脉离体MPI信号显着高于Con组（1.74±0.25 vs 0.46±0.07，P <0.005）和HFD + 4-ABAH组（1.74±0.25 vs 0.81±0.08，P<0.05）。

图4  注射5HFeC纳米颗粒之前和之后24小时，ApoE-/-小鼠主动脉粥样硬化中活性MPO的体内和离体MPI成像

4、对5HFeC纳米颗粒在小鼠主动脉中的3D分布进行成像，进行全身3D MPI与CTA的多模态成像（图5）。

图5  动脉粥样硬化ApoE-/-小鼠的3D MPI / CTA图像（注射后24小时）；该图显示了通过小鼠主动脉的冠状，矢状和轴向图像；白色箭头表示5HFeC纳米颗粒在腹主动脉中积累

讨论

对于本研究中植入MPO的小鼠模型，可以持续7天监测植入MPO的大腿中5HFeC纳米颗粒的代谢情况。这些结果表明MPI对检测活性MPO的高度敏感性。MPI已用于各种生物医学研究中，包括癌症检测，干细胞成像，外泌体追踪，肺灌注成像和热疗治疗。

原文链接：https://www.thno.org/v11p0506.htm

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投稿人简介：贾蒙纲，北京普华量宇科技有限公司华南区域经理