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三維活體成像應(yīng)用:利用熒光探針非侵入性檢測動(dòng)脈血栓和肺栓塞的形成

瀏覽次數(shù):1923 發(fā)布日期:2023-1-31  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
分子影像學(xué)結(jié)合了分子生物學(xué)和體內(nèi)成像,在不破壞或干擾生物環(huán)境的情況下可視化細(xì)胞功能和分子過程。在心血管研究中,選擇性靶向是生物分子與特定分子標(biāo)記物非侵入性成像技術(shù)的結(jié)合。來自澳大利亞墨爾本貝克心臟病和糖尿病研究所的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種特異性熒光探針(Targ-Cy7),與活化的血小板靶向結(jié)合,并提供分子成像能力。該熒光探針由針對糖蛋白IIb/IIIa受體的單鏈抗體片段組成,其與Cy7(熒光染料)結(jié)合標(biāo)記,能夠與頸動(dòng)脈損傷中表達(dá)的活化血小板受體結(jié)合。
研究人員利用FeCl3誘導(dǎo)頸動(dòng)脈血栓,評估探針在體內(nèi)的診斷成像,并通過光學(xué)成像,監(jiān)測血栓形成和藥物治療效果。InSyTe FLECT/CT被用于研究血栓性疾病的發(fā)病機(jī)制,同時(shí)使用非放射性探針,具有低成本和高靈敏度的優(yōu)勢,在臨床應(yīng)用中具有良好的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Theranostics》(IF:11.600).

研究背景
臨床前試驗(yàn)是開發(fā)新藥的基礎(chǔ),在這一過程中,研究人員通常采用小動(dòng)物活體成像技術(shù),以研究靶分子在體內(nèi)的生物分布。隨著光學(xué)技術(shù)和熒光探針設(shè)計(jì)的進(jìn)步,這種方式正在臨床前成像中成為主要方法。
作者首次使用三維光學(xué)成像設(shè)備,通過特異性熒光探針檢測血栓形成過程中活化的血小板。血小板能夠促進(jìn)凝血以維持血管完整性。通過血小板表面的特異性單鏈抗體(scFv)片段(GPIIb/IIIa),可以將靶向活化血小板的分子探針用于體內(nèi)成像,作者先前已經(jīng)將這種單鏈抗體應(yīng)用于各種分子成像模式,如超聲成像、PET和MRI。
在本次研究中,作者開發(fā)了靶向scFv活化血小板近紅外熒光探針,基于FLECT成像技術(shù)評價(jià)其診斷血栓形成和溶栓藥物藥效作用。

部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果
頸動(dòng)脈血栓形成FLECT/CT成像

將小鼠左頸動(dòng)脈血管暴露接觸氯化鐵,誘導(dǎo)血栓形成。隨后注射Targ-Cy7Mut-Cy7熒光探針,45分鐘后在FLECT成像設(shè)備上掃描,可視化小鼠體內(nèi)的近紅外熒光三維分布。隨后立即進(jìn)行X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(CT),以確定小鼠的解剖結(jié)構(gòu),從而捕獲熒光信號的體內(nèi)精確定位
結(jié)果表明
,注射Targ-Cy7熒光探針后能夠清晰檢測到血栓(圖1B)。該信號定位于小鼠的左側(cè)頸動(dòng)脈血管
對血栓所在的感興趣區(qū)域的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量,
與Mut-cy7熒光探針在小鼠體內(nèi)的弱信號相比,Targ-Cy7熒光探針能夠顯著提高檢測到的信號強(qiáng)度(圖1C)。證明了FLECT成像設(shè)備檢測體內(nèi)血栓的能力。
作者
隨后對頸動(dòng)脈血管進(jìn)行組織病理分析,以確認(rèn)所有小鼠(Targ-Cy7和 Mut-Cy7)左側(cè)血管存在血栓,而右側(cè)血管健康無血栓(圖1D)。每條左頸動(dòng)脈中檢測到的Targ-Cy7 FLECT信號與其血栓重量呈顯著正相關(guān)(圖1E,p =0.0006,r = 0.9807)。

圖1頸動(dòng)脈血栓形成FLECT/CT成像

閉塞性血栓形成FLECT/CT成像

除了上述的非閉塞性血栓形成模型,作者利用FLECT/CT檢測Targ-Cy7在完全閉塞的血栓模型成像(圖2)。
然而,在全閉塞模型中,檢測到的體內(nèi)FLECT和離體信號均低于在非閉塞血栓中觀察到的信號。
并且熒光信號與相應(yīng)的血栓重量之間沒有顯著相關(guān)性
這些數(shù)據(jù)表明,
Targ-Cy7與完全閉塞血栓的結(jié)合較少,可能是由于血液循環(huán)受到限制,使熒光探針不能被均勻攜帶至所有血栓區(qū)域。

圖2閉塞性血栓形成FLECT/CT成像

溶栓治療效果FLECT/CT成像

為了證明 FLECT/CT 成像設(shè)備具備治療效果監(jiān)測能力,頸動(dòng)脈血栓小鼠模型注射Targ-Cy7,并在整合素聯(lián)合抗血小板溶栓在治療前、后進(jìn)行掃描(圖3A)。
正如預(yù)期的那樣,FLECT/CT在治療前檢測到小鼠左頸動(dòng)脈血栓中Targ-Cy7熒光探針的積聚。在初始掃描之后,小鼠接受治療以破壞形成的血栓,并利用FLECT/CT 再次成像。
治療后的掃描結(jié)果顯示,在血栓區(qū)先前檢測到的Cy7-NIR信號消失,提示這種溶栓治療策略的有效性。
作者隨后使用兩個(gè)治療組的受損血管的離體成像和組織學(xué)分析證實(shí)了這一點(diǎn)(圖3B)。

肺栓塞FLECT/CT成像

在FLECT/CT 成功診斷氯化鐵動(dòng)脈血栓形成模型后,作者進(jìn)一步確定 FLECT/CT能否發(fā)現(xiàn)靜脈血栓引起的肺栓塞。靜脈血栓是常見的死亡原因,臨床上難以診斷,這顯然需要更好的非侵入性成像技術(shù)。
小鼠靜脈注射栓塞劑誘導(dǎo)血小板活化和形成,停留在肺微血管中的血栓,導(dǎo)致肺栓塞。注射凝血素后觀察小鼠呼吸困難,注射熒光探針45分鐘后。然后在FLECT/CT成像設(shè)備上掃描小鼠。
使用Targ-Cy7熒光探針小鼠診斷為肺栓塞(圖4),由于肺在正常CT掃描上沒有形成對比,因此在安樂死后將造影劑灌注到器官中,并對小鼠進(jìn)行重新掃描,以確保檢測到的FLECT信號確實(shí)定位于肺(圖3A,底部)。
對感興趣區(qū)域的定量分析顯示,Targ-Cy7小鼠的熒光信號水平明顯高于其對照組-熒光探針,(p=0.0286)(圖4B)。進(jìn)一步的體外實(shí)驗(yàn)和對肺的組織學(xué)分析證實(shí),這些信號與肺中的血栓有關(guān)(圖4C)

三維熒光發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(InSyTe FLECT/CT)應(yīng)用聚焦

    Karlheinz Pete研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了靶向活化血小板特異性的免疫近紅外探針,并利用InSyTe FLECT/CT無創(chuàng)監(jiān)測動(dòng)物體內(nèi)血栓栓塞的診斷和治療作用。
    Karlheinz Pete認(rèn)為,無論是在研究血栓形成機(jī)制方面,還是在新型溶栓藥物的開發(fā)篩選方面。能夠非放射性、無創(chuàng)檢測血栓栓塞的三維熒光掃描成像技術(shù),具有低成本和高靈敏度的特點(diǎn),在臨床前心血管動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中上發(fā)揮著重要作用

             
 

期刊名稱:Theranostics
原文標(biāo)題:A Unique Recombinant Fluoroprobe Targeting Activated Platelets Allows In Vivo Detection of Arterial Thrombosis and Pulmonary Embolism Using a Novel
Three-Dimensional Fluorescence Emission Computed Tomography (FLECT) Technology
作者:Bock Lim *,Karlheinz Peter ,et,al.
發(fā)表單位:Atherothrombosis & Vascular Biology, Baker IDI Heart and Diabetes Institute, Melbourne, Australia
發(fā)表時(shí)間:
20172月
DOI:https://doi.org/10.7150/thno.18099

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