近期，四川大学王云兵教授团队合成了一种新型π-共轭聚合物用于体内光声成像，并针对早期动脉粥样硬化部位病理特征开发了虾青素与SS-31肽结合并负载PMeTPP-MBT的智能响应式治疗性纳米平台(PA/ASePSD)。葡聚糖外壳与破损的内皮表面VCAM-1和CD44之间的高亲和力赋予PA/ASePSD对动脉粥样硬化病变的积极靶向作用。斑块酸性微环境中高水平的ROS作为智能级联开关，实现虾青素、SS-31肽和PMeTPP-MBT的可控释放。SS-31多肽靶向巨噬细胞线粒体，抑制ROS产生和恢复线粒体功能的同时，通过降低巨噬细胞表面CD36和LOX-1受体的表达从而抑制胆固醇内流来减少细胞内胆固醇的积累和泡沫细胞的形成。虾青素则作用于泡沫细胞，上调细胞ABCA1/G1的表达，从而增强apoA-I/HDL介导的胆固醇流出。此外，包载的π共轭聚合物造影剂则使早期动脉粥样硬化的非侵入实时诊断成为可能。本项目提出的SS-31/虾青素联合疗法，与光声成像相结合，有望为早期动脉粥样硬化的诊疗提供新的途径和思路。
图1. 具备级联靶向功能并负载光声造影剂的双响应纳米平台用于动脉粥样硬化光声诊断和多通道联合治疗示意图。
借助葡聚糖与VCAM1、CD44受体的高亲和力，同时利用SS-31多肽的线粒体靶向性，实现纳米颗粒的级联靶向功能，以更精准地发挥纳米颗粒的诊疗效果。 在病灶部位特异性富集后，纳米颗粒的双响应功能在动脉粥样硬化病灶区酸性pH及高水平ROS触发下解体，进而实现药物和造影剂的可控递送。团队开发出一种新型π-共轭聚合物作为近红外光声造影剂，并成功实现其在新型非侵入式成像技术——光声成像的有效应用。
图2. PA/ASePSD纳米颗粒的体外光声成像功能。
图3. 纳米平台在主动脉中积累不同时间的体外荧光图像(A)和定量数据(B)。C) PA/ASePSD的动脉粥样硬化斑块光声成像示意图。
不同部位斑块的横截面光声照片(D)和光声强度定量(E)。F)不同部位斑块的横切面和侧面照片以及部分放大图。 在发挥诊断功能的同时， 通过虾青素对ABCA1/G1表达的增强作用、SS-31对CD36和LOX-1表达的抑制作用，同时控制胆固醇的摄入与外流，同时实现抗炎、抑制氧化应激等，为早期动脉粥样硬化的诊断开发出一种多通道的协同治疗体系。 一方面，由于虾青素和SS-31肽具有固有的抗炎功能，两者联合作用于炎症细胞，具体表现为缓解细胞内氧化应激，减少促炎因子(TNF-α和IL-6)的分泌，提高抗炎因子(IL-10)水平。另一方面，SS-31肽在通过降低巨噬细胞清道夫受体CD36和LOX-1表达来减少Ox-LDL内流的同时，也以线粒体为靶点，通过增强细胞内ATP的产生在一定程度上恢复线粒体功能。另外，ABCA1/G1蛋白在虾青素的作用下表达升高，能够以ATP为能量源促进细胞内游离Ox-LDL外排，缓解细胞泡沫程度。因此，SS-31肽与虾青素联合治疗有望在动脉粥样硬化中实现炎症抑制和脂质代谢管理。
图4. A) SS-31肽与虾青素的协同治疗机制。用Cy5.5标记的PA/ASePSD孵育不同时间后RAW 264.7和泡沫细胞的共聚焦图像(B)和平均荧光强度(MFI)统计数据(C)。RAW 264.7和泡沫细胞分别与Cy5.5标记的PA/ASePS和PA/ASePSD孵育8小时的共焦图像(D)和Pearson系数(E, F)。RAW 264.7细胞在不同处理下JC-1染色的CLSM图像(G)和定量分析(H)。I)不同处理后RAW 264.7细胞内ATP含量。
图5. A) ApoE-/-小鼠体内动脉粥样硬化模型构建及治疗方案。不同处理后主动脉壁的ORO染色照片(B)和定量统计(C)。D)主动脉切片经ORO、H&E、α-SMA抗体、Masson、CD68抗体和MMP-9抗体染色后的免疫组化图像。
这种结合抗炎和调节脂代谢稳态的协同治疗策略在体内外都表现出了令人印象深刻的抗动脉粥样硬化能力。此外，新型共轭聚合物PMeTPP-MBT赋予了PA/ASePSD光声成像能力，在不同ApoE -/- 小鼠体内的光声诊断结果也与ORO染色所呈现的动脉粥样硬化程度一致，证实PA/ASePSD纳米颗粒具有高度准确的动脉粥样硬化诊断功能。PA/ASePSD纳米平台在早期动脉粥样硬化的无创准确诊断和有效抑制斑块进展方面具有良好的临床潜力，这种具有级联反应的“三合一”治疗策略为动脉粥样硬化的治疗提供了新的视角。相关工作以题为“ Duplex Responsive Nanoplatform with Cascade Targeting for Atherosclerosis Photoacoustic Diagnosis and Multichannel Combination Therapy ”的文章发表于 Advanced Materials 上，文章第一作者为四川大学生物医学工程学院徐鸿博士, 国家生物医学材料工程技术研究中心和四川大学生物医学工程学院王云兵教授和李高参副研究员 为论文通讯作者。
通讯作者介绍：
王云兵, 国家生物医学材料工程技术研究中心主任、四川大学生物医学工程学院院长，国家有突出贡献中青年专家，国务院特殊津贴专家、国际生物材料科学与工程学会联合会Fellow，中国生物材料学会副理事长和法人代表、科技部生物材料国际交流合作基地主任、教育部组织再生性生物材料科学与工程创新引智基地主任等。主要从事心脑血管疾病等治疗的新型生物医用材料和微创介入医疗器械的基础研究与产品应用开发。主持开发了一系列国内、国际首创的医疗器械产品并实现大规模临床应用。在此基础上，已申报国内、国际专利500多项，在已在Advanced Materials、Science和Nature子刊等国际知名期刊发表论文200多篇。获教育部技术发明一等奖（2020）、四川省科技进步一等奖（2022）和中国侨界贡献一等奖（2020）等奖项，研究成果被 Nature、麻省理工科技评论、英国经济学人等专题报道。
李高参, 副研究员，博士生导师，长期从事心脏瓣膜和心血管疾病诊疗等研发工作，分别作为课题负责人和项目负责人承担“十三五”国家重点研发计划，四川省重大科技专项以及国家自然科学基金等国家及省部级科研项目8项。近年来，以第一作者或通讯作者在国际刊物共发表论文30余篇，申请国家发明专利20余项。