近日，中國科學院深圳先進技術研究院合成生物學研究所研究員嚴飛團隊與深圳市第二人民醫院等研究人員合作以Ultrasound molecular imaging for multiple biomarkers by serial collapse of targeting microbubbles with distinct acoustic pressures為題在Small上在線發表最新研究成果。
超聲分子成像（Ultrasound Molecular Imaging）是利用靶向微泡與血管內皮細胞表面過表達的分子標志物特異性結合以實現其超聲成像檢測的新技術，在疾病早期診斷與療效評價方面具有較大的應用前景。然而，由于超聲造影成像信號的單色性，傳統超聲分子成像技術往往只能針對單個靶點進行成像，而在腫瘤等疾病的病變過程中，腫瘤細胞突變往往涉及多個靶標及信號通路在時間和空間上的協同改變，要實現從多個分子事件的網絡層面整體把握疾病的惡性狀態及進展情況，往往需要在實施分子成像過程中能時空同步地反映這些分子的即時關聯與功能狀態。為此，研究團隊發展了一種基于梯度聲壓爆破實現雙靶點同步超聲分子成像的新方法，通過設計不同聲壓爆破性能的L-MBα和LP-MBv兩種靶向微泡（分別靶向αvβ3整合素和VEGFR2血管內皮細胞生長因子受體），靜脈注射后使其與各自靶標結合，接著采用不同聲壓分別對這兩種探針進行爆破消除其信號，再借助信號減影的方法分別提取不同探針的超聲分子影像信號，從而實現在同一視野對兩個靶標的同步分子成像檢測。
研究團隊測試了L-MBα和LP-MBv兩種靶向微泡在水溶液混合條件下的聲壓爆破性能，發現紅色熒光標記的L-MBα在0.65MPa聲壓條件下可以全部爆破清除，而綠色熒光標記的LP-MBv基本不受影響，采用1.52MPa聲壓則可以將LP-MBv爆破清除。研究團隊將兩種混合靶向微泡與血管內皮細胞孵育，使它們一同結合在血管內皮細胞（藍色）的表面，通過采用0.65MPa聲壓可以將結合在血管內皮細胞表面的L-MBα選擇性爆破，進一步提高聲壓至1.52MPa則可以將殘留的LP-MBv微泡爆破，由此實現了采用梯度聲壓逐個爆破清除靶向微泡的方法（圖1）。
研究團隊將該方法應用到乳腺癌荷瘤小鼠雙靶點的超聲分子影像檢測，通過尾靜脈同時注射等比例混合的L-MBα和LP-MBv兩種靶向微泡，待靶向微泡與腫瘤血管內皮細胞結合后，采用0.65MPa聲壓爆破清除與腫瘤血管內皮細胞結合的L-MBα，接著提高聲壓至1.52MPa聲壓將腫瘤血管內皮細胞結合的LP-MBv爆破清除，通過信號減影分別對第一次和第二次爆破前后的影像信號進行處理，可分別提取出L-MBα和LP-MBv兩種靶向微泡的超聲分子影像信號（圖2）。由于L-MBα和LP-MBv的分子影像信號來自于腫瘤同一視野的相同時刻，由此研究團隊成功實現了在活體水平相同視野里乳腺癌腫瘤新生血管內皮細胞整合素αvβ3和VEGFR2的同步超聲分子成像檢測；通過進一步分析腫瘤不同階段腫瘤新生血管αvβ3和VEGFR2的超聲分子影像信號比值，發現分析αvβ3和VEGFR2的比值比分析單個αvβ3和VEGFR2的表達能更好地反映乳腺癌的惡性狀態。
該工作獲得了科學技術部重點研發計劃項目、國家自然科學基金面上項目、深圳市科技創新委員會以及深圳合成生物學創新研究院等項目的支持。
圖1 體外L-MBα和LP-MBv靶向微泡在不同聲壓條件下的爆破清除
圖2 基于梯度聲壓爆破同步超聲分子成像檢測αvβ3和VEGFR2的效果