如果心脏病发作发出了响亮的警告信号，患者就有更好的机会避免发作。这就是斯巴达领导的研究小组开发的一项新成像技术背后的想法。

密歇根州立大学工程学院副教授布莱恩·史密斯(Bryan Smith)说:“我们将光线照射到动脉中，在那里我们已经输送了一些可以吸收光线的颗粒。”“作为这种能量释放的产物，它们可以以我们可以检测并用于创建3D图像的方式回应我们。”

需要说明的是，这种声音信号人耳听不到，但很容易被超声波换能器捕捉到。多亏了史密斯和他的同事，这项技术现在可以用来直接成像动脉粥样硬化斑块。动脉粥样硬化斑块是医学术语，指积聚在动脉中的脂肪团，可导致中风和心脏病发作。

研究人员在小鼠身上展示了这项新技术，这是将该技术用于人类的第一步。该团队在一篇文章中发表了他们的研究结果，该文章现在可以在《高级功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志上在线查阅。该杂志还将把这篇文章作为9月份的封面文章。

“我们的新技术的力量在于它的选择性，”史密斯说，他是密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所(IQ)转化纳米免疫工程实验室的主任。

“当然还有其他成像斑块的方法，但这种方法的不同之处在于它是细胞的，”史密斯说。“我们特别关注的是被称为巨噬细胞和单核细胞的细胞，它们首先是导致斑块脆弱的主要原因。”

史密斯说，尽管很难证明某一特定斑块是否与患者中风或心脏病发作有关，但普遍的观点是，易损斑块是最危险的。这些炎性斑块会破裂，从而阻塞血管。

除了脂肪沉积外，易损斑块还含有大量免疫细胞，包括许多巨噬细胞和单核细胞。史密斯和他的同事开发了纳米颗粒——由碳原子组成的小管——可以自然地、专门地寻找这些细胞。

在将颗粒注射到老鼠体内时，研究人员让试管寻找在斑块中聚集的特定免疫细胞。然后研究人员可以用激光照射动脉。如果有空斑存在，微粒就会吸收光线并发射声波。然后，研究人员使用这种声音信号来定位和可视化斑块。

“如果你对比正常的血管和有斑块的血管，你会发现在有斑块的血管中有更多的巨噬细胞和单核细胞，”史密斯说。“我们的方法实际上是研究单核细胞和巨噬细胞。实际上没有其他类型的细胞会吸收纳米颗粒。”

史密斯说，光与声耦合的概念，即所谓的光声效应，可以追溯到19世纪末的亚历山大·格雷厄姆·贝尔。然而，要从这个想法发展到医学诊断，还需要激光和超声波等关键技术的发展。随着今年早些时候美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration，简称fda)批准一种用于检测乳腺癌的光声成像仪，这项技术现在已经成熟。

在未来，医生可能会通过史密斯和他的团队在纳米颗粒上的创新，以一种精确和无创的方式对动脉斑块进行成像。来自斯坦福大学和埃默里大学的研究人员加入了史密斯的项目。

“这一令人兴奋的纳米医学进展之所以成为可能，是因为我们的多学科专家团队，”该项目的合作者、埃默里大学医学院及其洛文斯人类免疫中心助理教授埃利弗·戈恩(Eliver Ghosn)说。

戈恩说:“目前，还没有有效的方法在易损斑块导致心脏病发作或中风之前准确定位和治疗它们。”“我们希望我们的研究能帮助改变这一点。”

从治疗的角度来看，史密斯的实验室也已经证明，他们可以用一种用于对抗斑块的药物来包装纳米颗粒。接下来，该团队将探索使用这些粒子来帮助成像和提供治疗。

所以你可能会问，你能把这些想法联系起来，开发出一种治疗和诊断的结合吗?我认为答案绝对是肯定的。“这个领域有很大的潜力。它正在酝酿中。”

DOI

10.1002 / adfm.202101005

文章标题

Ultraselective Carbon Nanotubes for Photoacoustic Imaging of Inflamed Atherosclerotic Plaques