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没有健康的人，没有得到充分的检查：冠心病的早期诊断



通过成像对疾病进行现代诊断的方法很多：MRI，CT，FA，超声等。它们中的每一个都有自己独特的方式，并提供有关患者健康的一定范围的信息。但是，所有方法都有其缺点，上述方法也不例外。斯坦福大学的科学家决定开发一种新的可视化方法，该方法将同时结合几种经典方法的优点，但同时又避免了它们的缺点。本发明的基础是由他们开发的造影剂，您可以使用该造影剂对仍然没有可见症状的患者进行冠心病的早期诊断。新方法的基础是什么，如何运作？我们从科学家的报告中了解到这一点。走。

学习基础


冠心病（CHD）是世界上最常见的死亡原因之一，当冠脉循环受到干扰时，会导致心肌损伤。冠心病的急性形式表现为心肌梗塞，而慢性形式表现为周期性心绞痛发作。但是，在明显症状出现之前，疾病是相当秘密地进行的，因此患者不能立即得知自己生病了。

由于在冠心病发展的早期阶段没有明显的症状，因此即使使用CT（计算机断层扫描）也很难检测到其症状。如果疾病正处于诊断设备的“显着”阶段，则会出现其他困难：例如，MRI无法准确确定动脉粥样硬化斑块的负荷及其狭窄程度（身体任何中空结构变窄），这使心脏病发作的预测大大复杂化。因此，诊断出IHD越早，预防斑块破裂的可能性就越大。

研究人员认为，非侵入性斑块病理生物学成像技术可能是成功早期诊断冠状动脉疾病的关键。在核成像中，氟脱氧葡萄糖的吸收水平（最常见的PET标签*与健康动脉相比，大多数炎症动脉中巨噬细胞的噬菌斑浸润程度直接相关。
PET标签* -在正电子发射断层扫描（PET）中用作标记物质的放射性制剂（放射性配体）。
例如，使用[11C] PK11195标签与PET和CT结合检测和定量检测戈顿氏病（巨细胞性动脉炎）和Takayasu综合征（非特异性主动脉炎）。

反过来，MRI可用于检测巨噬细胞中氧化铁的积累，这是复合斑块的动脉粥样硬化炎症的征兆。氧化铁纳米粒子的可视化通常是通过梯度回波信号序列进行的。这些序列在实质器官（例如心肌（心脏），肝脏和胰腺）中产生稳定的对比，从而产生信号的低强度或氧化铁纳米颗粒区域周围的负面对比。然而，采用这种方法，由于缺乏合适的负对比度背景，由于在胸部和颈部的围绕血管壁的结构中存在大量空气，因此难以显示血管壁。

另一种诊断方法是光声成像。这种相对年轻的方法用于检测波长在1130–1250 nm范围内的胶原蛋白结构中的脂质特异性斑块的积累和颈动脉血栓形成。但是，该方法也具有明显的缺点。

在这项研究中，科学家决定创建一种新的诊断方法，该方法可以与MRI，CT或光声成像相媲美，但没有缺点。该方法的基础是研究作者开发的对比NIR剂（NIR-近红外范围），称为NET（NIR红细胞传感器）。除了NET之外，还使用了光声（FA）和荧光成像系统，这使得检测冠状动脉炎症成为可能。


图1：一种新的诊断方法的实验设置。

新方法的过程可以描述如下：在FA成像期间，当非电离激光脉冲进入冠状动脉时，它可以检测到由于炎性细胞内部NET能量吸收产生的热弹性膨胀而引起的狭窄或阻塞。此外，这些扩展将被超声换能器检测为声压波，并转换为FA信号。

在研究的这个阶段，所有实验都是在结扎左冠状动脉前降支的实验室小鼠上进行的。
结扎* -对血管应用结扎（特殊螺纹）以止血。在本研究中，要模拟动脉阻塞。

NET准备


NET由Swiss Webster Sentinel小鼠的红细胞制成。使用涂有3％肝素的注射器抽血。接下来，进行离心（在4℃下1000×g 5-10分钟）以分离红细胞。

去除血浆和白细胞膜，然后将红细胞沉淀物重新浸入生理盐水中，并用磷酸盐缓冲液（PBS）渗透浓度*约为320毫摩尔。然后，再次将红细胞离心（在4°C，1000 x g 5-10分钟），并用PBS洗涤3次。
渗透浓度* -所有溶解颗粒的总浓度。
每次洗涤后，去除上清液*。
上清液* -在离心过程中不溶物沉淀后残留的液体。
然后将红细胞通过重悬于0.25xPBS（≈80毫摩尔）中进行低渗处理，并在离心之前孵育≈10分钟（在4°C下20,000 xg孵育20分钟）。

除去含血红蛋白的上清液，重复低渗处理，直到红细胞沉积物变白，表明其血红蛋白耗竭（EG）。

为了形成纳米尺寸的颗粒，将红细胞沉淀物通过聚碳酸酯多孔膜（400 nm和200 nm）过筛20次。之后，将离心和洗涤过程再重复几次。

实验结果


NET根据动态光散射（2a）在89.92±3.35 nm范围内显示出流体动力学直径的峰值分布，并且由于存在ICG *（2b）而在600–800 nm处具有强吸收。
ICG *（靛蓝绿）是一种添加到NET中的花青染料，可以实现更好的可视化。

图片＃2：NET特性。

响应在650 nm处的光激发，在≈700和790 nm处观察到荧光辐射的峰值，对应于ICG的H型和单体形式（2c）。

为了确定正确的NET剂量浓度，评估了两种浓度选择的放射功效：20μM和1 mM（2d）。该分析表明，20μM的辐射效率为5.43 x 107（f / s / cm 2 / sr）/（μM/ cm 2）。
f / s / cm 2 / sr * -每秒离开组织平方厘米并发射到一个球面度的立体角的光子数。
同时，未发现1 mM的浓度变化，这表明存在聚集抑制作用。因此，做出明显的决定是仅将20μMNET用于计划的小鼠实验。


图片编号3：小鼠心脏示意图，显示了动脉结扎的位置和心脏病发作的区域。


图4：引入NET后1小时的动脉结扎区域的可视化。

在结扎点上方的1.5 mm区域（4a，黄色箭头）对应于NET累积，结果，此部分（4b）的光声信号比未结扎的部分的信号强256倍（±13.73）。

而且，当通过整个皮肤（5a）成像时，在冠状动脉，胸腺和肝脏中的NET积累提供了强的荧光信号。无需侵入性干预。


图片5：结扎区域内NET积累的可视化，已通过解剖证实。

解剖胸部后也观察到了类似的心脏信号（5b）。

与纤维组织的梗塞区还成功地确定结扎（低于5℃的冠状动脉（中，蓝色箭头）5C，绿色箭头）。


图6：胸部或整个胸部的可视化信号比较。

与无创诊断相比，张开胸腔成像还观察到荧光信号增加了1.6-2。这是由于散射在胸部骨骼，皮肤和脂肪层上而导致的光线减弱。这就是为什么在两个可视化选项中肝脏都显示相同信号的原因。

来自不同区域的信号比较表明，结扎后的冠状动脉信号比胸腺信号高1.32倍，比肝脏信号高1.96倍。


7号图片：心脏病发作区域的可视化。

心肌梗塞区域（3b）由心脏左心室的疤痕和组织坏死组成，位于包扎的冠状动脉正下方（7a和7b）。

仅在右心室中观察到整个存活的心肌细胞（肌肉细胞）。左心室和右心室之间的三色染色的隔膜被蓝色胶原蛋白隔离，表明存在疤痕，肉芽和纤维化的心脏病发作区域（7c）。可视化标记Picrosirius红色表示受影响的冠状动脉中的胶原蛋白降解（7d）。偏振光用于鉴定降解的胶原蛋白的类型（7e）。使用油红O（溶变色偶氮染料）确定连接区域（7f）附近的脂质量。 Mac-2和Dapi由于结扎区域（7g和7h）

H＆E染色的肝显示出正常的门静脉（7i），缺乏实质性坏死，炎症，纤维化或其他病理变化，表明NET生物相容性水平很高。

要更详尽地了解这项研究的细微差别，建议您查看科学家的报告。

结语


根据研究人员的说法，他们的诊断方法结合了经典方法的优点，而这些都不是大话。光声和荧光成像的结合可以更准确地检测阻塞和可能的炎症细胞，例如巨噬细胞。

当引入体内的NET药剂被脉冲激光辐射激活时，会生成FA信号，可以将其转换为图像。

光声图像的重建与超声相似，但具有内源性和外源性成分的光吸收空间图。冠状动脉组织的光吸收和超声散射使其最适合于深度为3-5 cm的高分辨率光声成像，而荧光成像在分辨率和深度（几毫米）方面都受到限制。

所开发的造影剂NET的最重要特征之一是它不被肌肉细胞吸收，从而减少了使用标准PET试剂（例如18F-FDG）时通常会出现的背景噪音。

在实验中，科学家认为心脏是诊断的对象。但是，即使症状不是很明显，新方法也可以应用于其他器官，从而使医生可以获得有关患者的重要信息。

诊断医生的工作可与一级方程式媲美，但医生会与疾病竞争，而不是对手的赛车，而这场比赛的胜利在于患者的生命。当某人的生命处于危急关头时，每一秒都是宝贵的，因为创造用于早期诊断的新方法是如此重要。

谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家周末愉快！:)

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