新型VEGFR2靶向纳米探针对糖尿病动脉斑块内血管新生的多模态分子影像研究

Vulnerable atherosclerotic plaque is the main cause of acute ischemic cardio-cerebral events, while neovascularization within the plaque is one of the key factors for its progression and rupture. The vulnerability of the plaque can be significantly increased in diabetic status. Previous clinical study of the applicant using optical coherence tomography indicated that in situ neovascularization is the key feature of coronary atherosclerosis in diabetic status, while the underlying mechanism remains unknown. The rise of molecular imaging shows great potential for in vivo study of revascularization within the plaque. The present study is aimed to construct VEGFR2 (a key marker for neovascularization)-targeted, multimodal nano-probe, VEGF165-NaGdF4:Yb, Er@NaGdF4, for molecular imaging using upconversional rare earth material and to realize in vivo MR/optical imaging and 3-D fusion of plaques in atherosclerotic ApoE-/- mice model, and furthermore, to elaborate the mechanism of neovascularization within the plaque and to explore an effective intervention measure. The findings of the present study may provide us a guidance of great importance for early prediction and efficacy evaluation for vulnerable atherosclerotic plaque in patient with diabetes complicated by atherosclerosis.

动脉粥样硬化易损斑块是急性缺血性心脑血管病发生的主要病因，斑块内血管新生是导致斑块迅速进展及破裂的关键因素之一。糖尿病状态下动脉斑块的易损性明显增加，申请人前期通过光学相干成像临床研究，证实冠状动脉斑块内血管新生是糖尿病新生冠状动脉粥样硬化的重要特征，但其发生的具体机制尚不明确。新兴的分子影像技术为在体研究提供了有利工具，本研究拟针对斑块内血管新生关键分子VEGFR2，采用上转换稀土材料构建VEGF165-NaGdF4:Yb, Er@NaGdF4多模态纳米分子影像探针，建立糖尿病动脉粥样硬化的ApoE-/-小鼠模型，实现对动脉粥样硬化斑块内血管新生进行在体核磁/光学多模态成像和三维融合重建，从在体水平阐明糖尿病状态斑块中血管新生的发生机制及探索有效的干预手段，为糖尿病合并动脉粥样硬化斑块易损性的早期预测和治疗效果评价提供重要指导。

研究背景：动脉粥样硬化易损斑块是急性缺血性心脑血管病发生的主要病因，糖尿病动脉粥样硬化斑块内血管新生是导致斑块迅速进展及破裂的关键因素之一。血管新生与血管内皮生长因子受体（VEGFR）激活直接相关。VEGFR2参与调节由VEGF介导的下游信号通路，是血管新生的核心蛋白分子。分子影像技术是在体研究易损斑块的有利工具，上转换材料具有高化学稳定性、光学稳定性、深组织穿透性和低毒性的特点，与分子影像技术相结合，可用于糖尿病动脉粥样硬化中易损斑块的早期检测和评估。光学相干断层成像(OCT)技术是可以抵近观察斑块的形态特点，具有分辨率高、准确性好、可识别斑块内不同组分的优势，是在体评估斑块性质的重要手段。.主要研究内容：本研究拟针对斑块内血管新生关键分子VEGFR2，采用上转换材料构建NaGdF4:Yb,Er@NaGdF4纳米探针，建立糖尿病动脉粥样硬化ApoE-/-小鼠模型，实现对动脉粥样硬化斑块内血管新生进行在体磁共振/光学双模态成像，从在体水平阐明斑块中血管新生的发生机制，为动脉粥样硬化斑块易损性的早期预测和评价提供重要指导。同时，利用光学相干断层成像技术对糖尿病和非糖尿病患者易损斑块进行在体成像，明确血管新生在糖尿病斑块进展中的作用..研究结果：1.合成的短肽对VEGFR2具有高亲和力和靶向性。2.在ox-LDL和缺氧共同诱导下，内皮细胞的VEGFR2的表达水平显著升高。3.病理学分析显示动物模型构建成功，在易损斑块内可见明显血管新生。4.纳米表征提示NaGdF4:Yb,Er,Ca核心粒径为15.0nm，包壳后为25.7nm。在波长为980nm的激发光照射下，于545nm和660nm处出现峰值。经ox-LDL和缺氧共同诱导的内皮细胞对该探针摄取良好。5.在体光学成像显示,在尾静脉注射探针60分钟后，颈动脉易损斑块可见明显光学信号。糖尿病动脉粥样硬化组较动脉粥样硬化组信号有所增强。磁共振成像显示颈动脉易损斑块区域T1信号增强。6.OCT结果提示，与非糖尿病患者相比，糖尿病易损斑块中血管新生明显增加。.研究结论：血管新生参与了糖尿病斑块进展。VEGFR2在动脉粥样硬化易损斑块中高表达，是血管新生的标志，可用于易损斑块的检测。VEGFR2靶向上转换纳米探针可以用于早期评估小鼠糖尿病动脉粥样硬化易损斑块。