多模态超声/近红外荧光造影剂对缺血性脑血管病巨噬细胞成像和药物输送的可行性研究

The brain responds to ischemic injury with an acute and prolonged inflammatory process, characterized by the activation of intracerebral microglia. Since inflammation has close ties with the degree of damage caused by cerebral ischemia, imaging of inflammation and target therapy are the two key issues in cerebral ischemia. In the recent years, the application of macrophage-tracking technique in the imaging of inflammation has drawn much attention. In fact, the application of macrophages as a bio-carrier makes possible not only the delivery of any types of molecules or substances, but also the maintainance of BBB's physiological function. Thus,the increased effectiveness of pharmacodynamics. It is crucial to carry out target therapy in conjunction with inflammation imaging in the management of cerebral ischemia. With the advances in the imaging technology of various modalities, ultrasound contrast agents that support multi-mode imaging and therapeutic applications have offered a new concept for diagnostic-therapeutic combined management. In this study, US/NIRF labelled-macrophage contrast agent achieved dual-modality contrast imaging of inflammatory area of cerebral ischemia. Moreover, target therapy is rendered possible by the drug delivery of macrophage bio-carrier.

脑组织对于缺血性损伤的反应是急性或迁延性炎症反应，其重要特征是脑内小胶质细胞/巨噬细胞的快速激活，炎症反应与缺血性脑血管疾病脑组织损伤程度关系密切，因此炎症成像和炎症的靶向治疗是脑缺血管理的两个关键问题。近年来，在炎症的可视化成像中巨噬细胞示踪成像引起了广泛关注。同时应用巨噬细胞作为细胞依赖的药物传输系统可以保护正常血脑屏障的功能，而且这一传输机制可以传输任何类型的分子或物质，这就进一步提高了药物传输的有效性。如何同时实现炎症成像和药物的靶向治疗对于缺血性脑血管疾病的早期诊断和治疗尤其重要。随着多模态成像技术的发展，兼具多种成像与治疗功能的的多模态超声造影剂为诊断和治疗一体化方案提供了新的思路，本研究中超声/近红外荧光多功能巨噬细胞造影剂可以实现超声造影和近红外荧光双模式成像，同时这种造影剂可以包裹药物，利用巨噬细胞吞噬超声造影剂同时实现脑缺血区炎症成像和药物的靶向输送。

缺血性脑卒中是世界范围内最主要的死亡原因之一，存活的患者往往会经历长期的残疾。炎症反应在脑缺血再灌注损伤中起着至关重要的作用。结果表明，激活的小胶质细胞在脑缺血过程中和第二次损伤中都长期存在。因此，我们制备磷脂酰丝氨酸(Ps)脂质微泡(PS-MBS)与超声靶向微泡破坏(UTMD)相结合，可以安全地打开血脑屏障。本课题研究的主要内容是通过一系列体外细胞试验及活体动物试验来研究多功能超声造影剂在脑缺血区的炎症成像和药物释放。首先建立大鼠缺血再灌注模型，观察大鼠缺血再灌注后1、7、14和21天的活化小胶质细胞/巨噬细胞(m/m)和血脑屏障通透性的变化。然后设计制备了荧光标记的磷脂酰丝氨酸脂质微泡（PS-MB），并直接以之为成膜材料包埋全氟丙烷气体，微泡结构作为空化核，在大鼠脑缺血模型体内稳定的到达缺血区域，辅以超声波照射使得感兴趣区的BBB开放。同时，爆破产生的磷脂酰丝氨酸微粒被炎症区域活化的小胶质细胞/巨噬细胞吞噬，实现监视炎症区的变化。PS-MBS结合超声(US)照射可安全开启血脑屏障，所得到的PS纳米粒子(PS-NPS)可进一步靶向激活的m/m在神经炎症中的作用。在此研究中通过一系列体外及体内试验研究了超声微泡造影剂对于基因转染方面的可行性研究。缺氧诱导因子HIF-1是具有高度特异性的核转录因子，在缺氧状态下可发挥活性。通过超声微泡介导siRNA 抑制HIF-1基因，抵抗脑细胞在缺血后的凋亡，对于脑缺血的治疗是有价值的。此外，微泡作为载体可有效的携载药物和示踪剂，有潜力作为我们未来诊疗一体化的重要研究内容。