北京協和醫院超聲醫學科楊萌發表於ULTRASOUND MED BIOL的研究

本期介紹北京協和醫院超聲醫學科 楊萌 副教授等人於2020年9月發表於雜誌「ULTRASOUND MED BIOL」上的文章「MULTIMODAL VEGF-TARGETED CONTRAST-ENHANCED ULTRASOUND AND PHOTOACOUSTIC IMAGING OF RATS WITH INFLAMMATORY ARTHRITIS: USING DYE-VEGF-ANTIBODY-LOADED MICROBUBBLES」

最新影響因子：2.514

ULTRASOUND MED BIOL

VEGF靶向光聲/超聲造影雙模態微泡對關節炎大鼠局部炎症分子成像研究

作者：趙辰陽，張睿，羅焱文，劉思銳，唐天虹，楊芳，朱磊，楊萌*，姜玉新

背景及研究目的

早期診斷並且評估類風溼性關節炎（rheumatoid arthritis，RA）的疾病活動度是RA臨床診治的關鍵，尋找能準確評價RA炎性活動度的影像學方法是近期RA相關研究熱點之一。

本研究製備了一種可靶向識別血管生長因子(vascular epithelial growth factor, VEGF)的雙模態光聲(photoacoustic, PA)/超聲(ultrasound, US)微泡(microbubbles, MBs)，該微泡通過生物素-親和素化學連接方式，標記了VEGF2抗體和螢光材料花菁素（cyanine 5.5, Cy5.5），通過超聲造影和光聲成像兩種成像方式實時顯示微泡到達並滯留於關節炎性區域，並可對超聲和光聲信號定量分析，實現對炎性區域VEGF表達的在體定量評估。

方法及結果

本研究使用的微泡在螢光顯微鏡下表現為透明圓形球體，平均直徑為2.26±0.01 mm，流式細胞學檢測及螢光成像提示，雙標記生物素-FITC的VEGFR2抗體與標記親和素的微泡可特異性結合。

圖1 螢光成像顯示抗體與微泡特異性結合

體外細胞花環結合及阻斷實驗提示，炎性成纖維細胞MH7A可特異性結合靶向微泡。

圖2（左）細胞花環形成實驗提示，該靶向微泡與炎性MH7A細胞可特異性結合，形成較多花環；（右）細胞表面抗體被阻斷後，靶向微泡與細胞結合形成的花環明顯減少

應用此靶向成像微泡，基於超聲/光聲雙模態一體化成像設備，對弗氏佐劑誘導的關節炎大鼠進行了超聲造影/光聲多模態分子成像。靜脈注射微泡後，首先利用超聲造影觀察微泡進入踝關節炎性區域過程，超聲造影提示，微泡快速進入炎性區域並且滯留於炎性區域、緩慢洗出，造影信號持續保持較高水平；2min造影結束後，進行光聲成像，可觀察到顯著紅色光聲信號。對造影曲線峰值及光聲信號進行定量分析，可初步定量評估炎性區域VEGF表達。

圖3 關節炎大鼠模型踝關節靶向微泡造影模式圖（0s，10s，70s），注射造影劑後，關節炎性區域靶向微泡快速進入並持續滯留於炎性區域，在10 s和70 s都顯示較強超聲造影信號

圖4 超聲造影時間強度曲線，提示微泡快速進入，造影信號快速增強，並較長時間保持高強度水平

圖5. 注射靶向微泡前後的光聲成像（上：未注射微泡；下：注射微泡並完成超聲造影2 min）注射靶向微泡後，關節炎性區域830 nm波長下光聲信號（紅色）明顯增強

結 論

本研究初步證明了利用超聲/光聲雙模態靶向VEGF微泡可有效實現炎性區域VEGF表達的在體定量測定，在此基礎上將有望進一步應用於關節炎性活動度的評估。

點 評

前期研究已證實，關節軟組織區域的VEGF表達在炎症早期即有升高，且與炎症活動程度密切相關，測定關節炎症區域的VEGF表達水平可有效對炎症進行早期診斷及監測。

本研究製備的雙模態靶向微泡可實現關節炎症局部VEGF表達的在體影像學定量測定，且成像過程可通過超聲造影/光聲雙模態成像進行實時監控，對關節炎早期診斷和炎性活動度評估具有較好的臨床應用潛能。

炎症分子成像是近年來的熱門研究話題，超聲微泡是理想的分子影像學材料之一，除了作為超聲造影劑，還可通過表面修飾擴展更多診療功能。

本研究設計的靶向微泡首先利用了微泡的聲學響應性質，注射後通過微循環快速到達炎症區域，其表面連接的VEGF抗體可特異性識別炎性細胞表面過度表達的VEGF分子，並在炎性區域停留；微泡靶向至炎性區域後，其表面連接的Cy5.5可發揮其光聲造影劑特性，在雷射波長為830nm光聲成像下呈現明顯增強的紅色光聲信號，從而實現光聲成像對微泡靶向定位至炎症區域過程的監測，並進一步通過對超聲造影和光聲信號的提取分析定量評估VEGF表達情況。

在本研究雙模態靶向微泡初期實驗結果的基礎上，將進一步研究靶向微泡對炎性活動度及藥物療效的動態定量評估價值；另外，基於該靶向微泡可連接治療藥物，並實現分子影像診斷監測和炎症治療一體化結合的功能，可通過更多實驗設計進行研究及驗證。

第一作者：

趙辰陽

北京協和醫院超聲醫學科2019級博士生。

通信作者：

楊萌

北京協和醫院超聲醫學科副主任醫師，副教授，主任助理，碩士生導師。

研究方向：多模態超聲成像新技術在淺表及婦產科疾病的診斷應用研究；新型光聲-超聲功能成像設備的自主研發及臨床轉化應用研究；腫瘤及炎性免疫性疾病的納米成像探針研究及分子影像學基礎與臨床應用研究。

本期欄目主持人：

黃久佐

北京協和醫院整形外科，主治醫師，醫學博士。曾赴美國哈佛大學醫學院附屬麻省總醫院及布萊根婦女醫院學習。兼任中國研究型醫院學會整形外科分會委員，中國整形美容協會抗衰老分會青年委員會委員，以及中國整形美容協會醫美與藝術分會理事會理事。

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