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纳米颗粒识别血管斑块

2021.9.01

现行医疗技术中，医生只能识别由于血小板聚集而变窄的血管。方法是从手臂、腹股沟或颈部的血管处开一个切口植入导管，从导管注入染色剂，使X射线显示狭窄部位。日前，由凯斯西储大学科学家率领的一组研究人员开发了一种多功能纳米颗粒，能使磁共振成像（MRI）定位动脉粥样硬化引起的血管斑块。此项技术向无创性识别不稳定斑块（引发心脏病和卒中的原因）和及时治疗迈进了一步。

    2月6日，凯斯西储大学的研究人员在《Nano Letters》在线发表了他们的研究：一种由通常存在于烟草中的杆状病毒构建而成的纳米颗粒，携带微量的染色剂可以更有效地定位并显像动脉血管中的斑块。更重要的是，研究显示，这种特制的纳米颗粒可停留在斑块生物标记物上。这样，经程序性处理后的颗粒将可能识别不稳定斑块，而单独非靶向的染色剂却无法做到这一点。

    凯斯西储大学生物医学工程助理教授Nicole F. Steinmetz表示：“从一个化学家的角度来看，制作非球状的纳米颗粒依然很有挑战性，但是非球状材料对医学应用非常有益。自然是走在我们前面的，我们正在收获大自然的方法，将其施用于医学。”

    杆状纳米颗粒由烟草花叶病毒制成，是感染植物细胞的微小的管状有机体，但不会感染非植物。

    Steinmetz（生物工程植物病毒专家）和Xin Yu（生物医学工程教授，专门开发MRI技术以研究心血管疾病）一起，发明了一个装置可以运输和集中斑块上的成像剂。

    和球状纳米颗粒相比，细长的纳米颗粒离开中心血流，贴向血管壁的可能性更高。研究人员表示，细长形状将更能稳定地吸附到斑块上。病毒表面在经修改后携带有易于刺入斑块处的氨基酸短链，即肽链。其表面还可以进一步改良，携带用于光学扫描的近红外线染色剂和作为MRI对比剂的钆离子（和有机分子结合，减少金属毒性）。便于光学扫描和MRI成像。

    通过纳米颗粒表面加载钆离子而非注射，使其在血流中自由流动，可以增加弛缓率（或称为提高与健康组织之间的对比度）达四个数量级以上。Steinmetz指出：“注射入血的弛缓率为5,纳米颗粒的弛缓率为35000.”研究人员解释，这是因为纳米棒携带2000个对比剂分子，将其集中在斑块上。此外，将对比剂附着在纳米颗粒支架上降低了其分子的被清除速率，产生附加的弛缓率。

    由于对比剂直接传送到斑块使视图更清晰，对比剂的使用可以比常规方法用量减少400倍。大多数已开发的可携带对比剂的纳米颗粒都是基于合成材料，有些可能会留存在人体内一段时间不能清除。而基于烟草病毒的纳米颗粒则具有优势，即，该烟草病毒由蛋白制成，人体有足够的能力快速将其清除赶紧。

    Steinmetz和Yu的下一步研究希望对纳米颗粒蛋白分子进行修剪，以便可以向医生展示哪些斑块是稳定而无需治疗的，哪些则是脆弱不稳定而需要治疗的。为此，必须首先找到稳定与脆弱斑块的不同生物标记物，将纳米颗粒覆盖上不同的肽和对比剂，从而使MRI能够加以辨别。

    Yu说：“我们对不稳定斑块的了解还不够全面，然而，一旦我们能够判断脆弱斑块和稳定斑块，将带来诊断模式和预后的重大转变。”

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周锦帆