震锋笔记 | 碳纳米管光声成像——开启动脉粥样硬化“靶向诊疗”

1991年日本科学家Iijima（饭岛澄男）在电弧法制备的碳材料中观察到了碳纳米管（Iijima Sumio. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature,1991,354:56～58），碳纳米管是由单层或者多层石墨烯无缝卷曲而成的中空管状结构。

碳纳米管就像一根细长的头发丝，它的长度可以达到米级，而直径却可以小到纳米尺度。饭岛澄男首次发现碳纳米管，是通过电弧放电法得到。现在，科学家已经发展出激光烧蚀法、化学气相沉积法(CVD)、固相热解法等多种制备方法。

作为纳米碳材料家族的重要一员，碳纳米管以其优异的力学、电学和热学特性被誉为“万能基材”，在结构功能一体化复合材料、电池电极、复合材料、集成电路、传感器件、电加热器件等领域具有巨大的应用前景。

最近密歇根州立大学的研究人员用超选择性的Ly-6C hi碳纳米管开发了一种系统，可以对被认为有破裂风险的炎症性动脉粥样硬化斑块进行成像和识别。巨噬细胞和单核细胞等炎症细胞往往会在炎症性斑块上积聚，这种特异的碳纳米管会优先被巨噬细胞和单核细胞所吸收。然后用光照射感兴趣的血管，碳纳米管就会振动，并发出声音。这种光声效应能让炎症斑块可视化，从而知道身体哪些部位存在这样的不稳定斑块。

动脉粥样硬化破裂是心肌梗死和卒中发病的病理基础，通过冠脉腔内影像学（OCT或IVUS）、冠脉CTA可以发现易损或低衰减斑块，但还没有一种技术可以确定全身哪些部位的血管存在有破裂风险的斑块。如果能在斑块破裂导致心脏病或卒中发作之前准确定位和治疗，那就能实现所谓的动脉粥样硬化疾病的靶向诊疗。有破裂风险的斑块的一个迹象是炎症，而炎症会被各种白细胞吸引并加剧。而这种碳纳米管具有高度的细胞选择性，就是让斑块变得易损的巨噬细胞和单核细胞，几乎不会被其他细胞吸收。

到目前为止，研究人员已经在小鼠身上测试了这些碳纳米管，并成功地在小鼠的血管系统中识别出了炎症斑块。另一种选择是在碳纳米管中加入药物，对炎症斑块进行靶向治疗。

这一新型的碳纳米管检测技术让动脉粥样硬化炎症斑可视化，给心血管病的研究提供了一个崭新的方向。但研究发现碳纳米管如果人体大量吸入会对肺部造成损伤，如肺部炎症、肉芽肿、纤维化等，并增加支气管纤维化，加重哮喘相关病症，如气道高反应性、气道重塑现象以及肺部炎症加重。体外实验发现能加速细胞凋亡，还有对心血管系统损伤的报道，如主动脉内皮细胞线粒体DNA发生剂量-反应性氧化损伤、血管内血栓形成等。因此这种超选择性的碳纳米管应该在试验动物中进行全面地安全性观察。

目前还发明了单手性亚细胞单壁碳纳米管（SWCNT）成像探针，能够靶向不同的亚细胞结构，实现多路成像。可能会在生物医学研究领域中具有广阔的应用前景。

参考文献

1.https://www.medgadget.com/2021/08/photoacoustic-carbon-nanotubes-reveal-dangerous-atherosclerotic-plaques.html

2.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202101005

3.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c01093

本期策划：沈雳

本文作者：程震锋

后期制作：凌武娟