酶激活分子磁共振成像技术在急性缺血性脑卒中中对缺血半影的精准定位中的应用

《Acta Biomaterialia》：Enzyme-Activated Molecular MRI for Specific Delineation of the Ischemic Penumbra in acute ischemic stroke

　　

秦文黄|严武|刘梦琪|江一茹|张川|张军

摘要

缺血性中风是全球成年人死亡的第二大原因，也是导致严重残疾的主要因素，其发病率和死亡率与神经元损伤的程度密切相关。改善患者预后的关键策略是早期识别并挽救缺血半影区——这一区域虽然处于风险之中，但仍有被挽救的潜力。然而，准确识别和可视化这一半影区在治疗过程中面临重大挑战，对预测患者预后至关重要。传统的磁共振成像（MRI）技术往往无法有效区分存活组织与坏死组织。Caspase-3（c-Casp3）是细胞凋亡的关键执行者，在缺血半影区内特异性且高表达，因此成为精确成像的理想分子靶点。为了解决这一难题，我们设计并制备了一种多功能、酶响应性的MRI纳米探针（FGAPT），用于缺血半影区的分子成像。该探针利用缺血性神经元凋亡过程中Caspase-3的异常表达，使其能够在病变部位特异性积聚并激活，从而显著增强T1加权成像信号，实现半影区的准确界定。本研究建立了一种精确识别缺血半影区的成像方法，为缺血性中风的个体化溶栓和神经保护干预提供了理论依据，为将中风管理从通用治疗模式转变为个性化治疗优化奠定了坚实的成像基础。

意义声明

准确界定缺血半影区对于指导急性缺血性中风的治疗至关重要，但传统成像技术仍难以实现。为此，我们开发了一种酶响应性的磁共振成像（MRI）纳米探针FGAPT，用于该可挽救组织的分子可视化。该智能探针基于MRET（磁 resonance energy transfer）机制设计，将超顺磁淬灭剂（Fe?O?）和顺磁增强剂（Gd-DOTA）与一种能被Caspase-3特异性切割的肽序列结合；Caspase-3在缺血半影区内表达上调，是细胞凋亡的关键因子。探针表面结合了脑靶向适配体，确保其能够穿透血脑屏障。在啮齿动物中风模型中，该探针仅在半影区内实现了高对比度的T1信号增强，这一点通过组织学验证的凋亡细胞的空间共定位得到了证实。这种基于Caspase-3激活的成像方法能够准确区分梗死核心和缺血半影区。通过直接可视化决定细胞命运的关键分子，我们的工作为中风管理提供了新的工具，推动其从传统的“时间窗口”模式向精准的“组织窗口”模式转变。