北京协和医院超声医学科杨萌发表于ULTRASOUND MED BIOL的研究
本期介绍北京协和医院超声医学科 杨萌 副教授等人于2020年9月发表于杂志“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”
最新影响因子：2.514
ULTRASOUND MED BIOL
早期诊断并且评估类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）的疾病活动度是RA临床诊治的关键，寻找能准确评价RA炎性活动度的影像学方法是近期RA相关研究热点之一。
本研究制备了一种可靶向识别血管生长因子(vascular epithelial growth factor, VEGF)的双模态光声(photoacoustic, PA)/超声(ultrasound, US)微泡(microbubbles, MBs)，该微泡通过生物素-亲和素化学连接方式，标记了VEGF2抗体和荧光材料花菁素（cyanine 5.5, Cy5.5），通过超声造影和光声成像两种成像方式实时显示微泡到达并滞留于关节炎性区域，并可对超声和光声信号定量分析，实现对炎性区域VEGF表达的在体定量评估。
本研究使用的微泡在荧光显微镜下表现为透明圆形球体，平均直径为2.26±0.01 mm，流式细胞学检测及荧光成像提示，双标记生物素-FITC的VEGFR2抗体与标记亲和素的微泡可特异性结合。
图1 荧光成像显示抗体与微泡特异性结合
体外细胞花环结合及阻断实验提示，炎性成纤维细胞MH7A可特异性结合靶向微泡。
图2（左）细胞花环形成实验提示，该靶向微泡与炎性MH7A细胞可特异性结合，形成较多花环；（右）细胞表面抗体被阻断后，靶向微泡与细胞结合形成的花环明显减少
应用此靶向成像微泡，基于超声/光声双模态一体化成像设备，对弗氏佐剂诱导的关节炎大鼠进行了超声造影/光声多模态分子成像。静脉注射微泡后，首先利用超声造影观察微泡进入踝关节炎性区域过程，超声造影提示，微泡快速进入炎性区域并且滞留于炎性区域、缓慢洗出，造影信号持续保持较高水平；2min造影结束后，进行光声成像，可观察到显著红色光声信号。对造影曲线峰值及光声信号进行定量分析，可初步定量评估炎性区域VEGF表达。
图3 关节炎大鼠模型踝关节靶向微泡造影模式图（0s，10s，70s），注射造影剂后，关节炎性区域靶向微泡快速进入并持续滞留于炎性区域，在10 s和70 s都显示较强超声造影信号
图4 超声造影时间强度曲线，提示微泡快速进入，造影信号快速增强，并较长时间保持高强度水平
图5. 注射靶向微泡前后的光声成像（上：未注射微泡；下：注射微泡并完成超声造影2 min）注射靶向微泡后，关节炎性区域830 nm波长下光声信号（红色）明显增强
结 论本研究初步证明了利用超声/光声双模态靶向VEGF微泡可有效实现炎性区域VEGF表达的在体定量测定，在此基础上将有望进一步应用于关节炎性活动度的评估。
前期研究已证实，关节软组织区域的VEGF表达在炎症早期即有升高，且与炎症活动程度密切相关，测定关节炎症区域的VEGF表达水平可有效对炎症进行早期诊断及监测。
本研究制备的双模态靶向微泡可实现关节炎症局部VEGF表达的在体影像学定量测定，且成像过程可通过超声造影/光声双模态成像进行实时监控，对关节炎早期诊断和炎性活动度评估具有较好的临床应用潜能。
炎症分子成像是近年来的热门研究话题，超声微泡是理想的分子影像学材料之一，除了作为超声造影剂，还可通过表面修饰扩展更多诊疗功能。
本研究设计的靶向微泡首先利用了微泡的声学响应性质，注射后通过微循环快速到达炎症区域，其表面连接的VEGF抗体可特异性识别炎性细胞表面过度表达的VEGF分子，并在炎性区域停留；微泡靶向至炎性区域后，其表面连接的Cy5.5可发挥其光声造影剂特性，在激光波长为830nm光声成像下呈现明显增强的红色光声信号，从而实现光声成像对微泡靶向定位至炎症区域过程的监测，并进一步通过对超声造影和光声信号的提取分析定量评估VEGF表达情况。
在本研究双模态靶向微泡初期实验结果的基础上，将进一步研究靶向微泡对炎性活动度及药物疗效的动态定量评估价值；另外，基于该靶向微泡可连接治疗药物，并实现分子影像诊断监测和炎症治疗一体化结合的功能，可通过更多实验设计进行研究及验证。
第一作者：
赵辰阳
北京协和医院超声医学科2019级博士生。
杨萌
北京协和医院超声医学科副主任医师，副教授，主任助理，硕士生导师。
研究方向：多模态超声成像新技术在浅表及妇产科疾病的诊断应用研究；新型光声-超声功能成像设备的自主研发及临床转化应用研究；肿瘤及炎性免疫性疾病的纳米成像探针研究及分子影像学基础与临床应用研究。
本期栏目主持人：
黄久佐
北京协和医院整形外科，主治医师，医学博士。曾赴美国哈佛大学医学院附属麻省总医院及布莱根妇女医院学习。兼任中国研究型医院学会整形外科分会委员，中国整形美容协会抗衰老分会青年委员会委员，以及中国整形美容协会医美与艺术分会理事会理事。