巨噬细胞仿生微泡：心脏移植急性排斥反应的早期超声分子成像新策略

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Macrophage-Mimicking Biomimetic Microbubbles for Early Ultrasound Molecular Imaging of Acute Rejection in Heart Transplantation

本研究开发了一种基于巨噬细胞膜的仿生微泡（MB-Mφ），通过保留其表面黏附蛋白（如CD11b/CD29），特异性靶向心脏移植急性排斥（AR）中炎症血管内皮高表达的ICAM-1/VCAM-1，实现无创、实时的超声分子成像（UMI）。实验证实MB-Mφ在异基因移植模型中信号强度显著高于普通微泡，且与巨噬细胞浸润程度及排斥严重度正相关，为AR早期诊断提供了高灵敏度、低免疫原性的新型分子影像工具。

　　

引言

心脏移植（HT）是终末期心力衰竭最有效的治疗手段，但术后急性排斥（AR）可导致移植物免疫损伤和血管病变，是移植后心力衰竭的主要原因。目前临床诊断AR的金标准为心内膜活检（EMB），但其有创性存在心脏穿孔、心律失常等风险，且存在采样误差和解读差异等局限。超声分子成像（UMI）通过将特异性配体（如抗体、多肽）修饰于微泡（MB）表面，靶向病变部位分子标志物，实现无创实时病理可视化。然而，单靶点微泡存在灵敏度不足、免疫原性风险等问题。本研究基于巨噬细胞在AR早期免疫应答中的核心作用，构建巨噬细胞膜仿生微泡（MB-Mφ），以模拟其炎症趋化行为，提升AR早期诊断效能。

材料与方法

材料与动物：实验采用BN/Lewis大鼠模型，脂质成分DSPC、DSPE-PEG₂₀₀₀及荧光染料DiI/DiR/DiO购自国际试剂公司。

巨噬细胞膜提取：从健康大鼠腹腔提取原代巨噬细胞，通过膜蛋白提取试剂盒获得细胞膜。

微泡制备：通过薄膜水化-超声振荡法合成脂质体，与巨噬细胞膜按质量比1:20混合，经机械震荡形成MB-Mφ。

体外性能评估：通过透射电镜（TEM）、动态光散射、SDS-PAGE及Western blot验证MB-Mφ的形貌、粒径、电位及蛋白保留情况；采用体外黏附实验与免疫逃逸实验评估其靶向性与生物相容性。

动物模型与成像：建立大鼠腹部异位心脏移植模型，通过尾静脉注射DiR标记微泡，利用小动物活体成像系统及超声成像系统（机械指数0.08）进行靶向成像，采用“破坏-补充”法量化信号强度。

结果

MB-Mφ表征：TEM显示MB-Mφ为球形结构，平均粒径1036±40.93 nm，电位-27.30±1.85 mV；荧光显微镜及Western blot证实巨噬细胞膜蛋白（CD11b、CD29、CD47）成功整合至MB-Mφ表面（图2）。

体外稳定性与成像能力：MB-Mφ在膜脂比1:20时稳定性最佳，超声信号强度在60分钟内保持稳定；其成像效果与临床对比剂Sonovue相当，浓度1×10⁷/mL为最优成像条件（图3）。

靶向与免疫逃逸能力：在TNF-α激活的HUVEC模型上，MB-Mφ黏附数量显著高于普通MB；同时，凭借CD47介导的“自我”识别信号，MB-Mφ被巨噬细胞吞噬率显著降低（图4）。

体内靶向验证：异基因移植组中，MB-Mφ在移植心脏的荧光信号强度随时间（第1–7天）逐渐增强，且与CD68⁺巨噬细胞浸润程度一致；超声成像显示其靶向信号强度从第3天起显著高于普通MB组（图5–7）。

病理与分子机制：H&E染色及免疫组化显示AR组心肌组织伴随时间推移出现弥漫性免疫细胞浸润及心肌细胞坏死；流式细胞术及Western blot证实ICAM-1、VCAM-1表达上调与巨噬细胞浸润正相关（图8）。

生物分布与安全性：MB-Mφ主要分布于肝、脾等代谢器官，心、肝、肾功能指标及组织切片未发现异常毒性（图9–10）。

讨论

MB-Mφ通过保留巨噬细胞天然多靶点黏附蛋白，克服了单靶点微泡灵敏度不足的局限，且其磷脂-细胞膜复合结构兼具靶向性与声学稳定性。与既往靶向T细胞的成像策略相比，MB-Mφ基于巨噬细胞在AR早期浸润的特性，更利于实现超早期诊断。此外，其低免疫原性及良好生物安全性为临床转化提供基础。未来需进一步探索MB-Mφ在多种心血管疾病模型中的普适性，并拓展其载药治疗功能。

结论

MB-Mφ作为一种新型仿生成像探针，可无创、实时可视化AR过程中的巨噬细胞行为，为心脏移植排斥的早期诊断与干预评估提供了高效分子影像平台。