Image-Guided Hydrogen Gas Delivery for Protection from Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury via Microbubbles

通過(guò)微泡的圖像引導(dǎo)氫氣遞送用于保護(hù)心肌缺血-再灌注損傷

來(lái)源：ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 9, 2017, Pages 21190-21199

《ACS應(yīng)用材料與界面》，第9卷，2017年，頁(yè)碼21190-21199

 

摘要

論文摘要指出，心肌缺血-再灌注損傷是導(dǎo)致全球發(fā)病和死亡的主要原因。氫氣（H2）作為一種抗氧化劑，在預(yù)防和治療缺血-再灌注損傷方面具有巨大潛力，但由于其在水中的溶解度低、擴(kuò)散性高，生物利用度差。作者開(kāi)發(fā)了一種超聲波可見(jiàn)的氫氣遞送系統(tǒng)，通過(guò)將氫氣加載到微泡（H2-MBs）中，顯著提高了單位體積的氫氣濃度（130.6 mg/g），并實(shí)現(xiàn)了圖像引導(dǎo)的遞送和釋放。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，H2-MBs能減少梗死面積、抑制心肌細(xì)胞凋亡、降低炎癥和氧化損傷，表現(xiàn)出高生物安全性。

 

研究目的

研究目的是解決氫氣療法中氫氣遞送和生物利用度的挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)一種圖像引導(dǎo)的氫氣遞送系統(tǒng)，利用微泡（MBs）封裝氫氣，提高其溶解度，并通過(guò)超聲波成像實(shí)時(shí)跟蹤遞送過(guò)程，以評(píng)估其對(duì)心肌缺血-再灌注損傷的保護(hù)效果。

 

研究思路

研究思路包括制備氫氣加載的微泡（H2-MBs），通過(guò)磷脂膜形成、水合、氣體置換和機(jī)械振動(dòng)等步驟實(shí)現(xiàn)；表征H2-MBs的物理性質(zhì)（如大小、分布、穩(wěn)定性）；使用丹麥Unisense電極測(cè)量氫氣在PBS和血液中的釋放曲線；通過(guò)超聲波成像評(píng)估H2-MBs的可見(jiàn)性和遞送效率；在大鼠心肌缺血-再灌注模型中進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，評(píng)估梗死面積、心功能、組織學(xué)變化、炎癥和氧化應(yīng)激指標(biāo)；通過(guò)藥理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析驗(yàn)證保護(hù)機(jī)制。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. H2-MBs的制備和表征：數(shù)據(jù)來(lái)自圖1a。研究意義是驗(yàn)證H2-MBs的成功制備，顯示其具有適當(dāng)?shù)某叽纭⒎植己头€(wěn)定性，氫氣加載能力顯著提高（1.46±0.08 μmol/mL），為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。

 

2. 氫氣釋放曲線：數(shù)據(jù)來(lái)自圖1b,c。研究意義是使用丹麥Unisense電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氫氣釋放，證明H2-MBs在PBS和體內(nèi)能快速釋放氫氣（PBS中最大濃度180±0.02 μmol/L，血液中119±0.02 μmol/L），顯示其有效的釋放動(dòng)力學(xué)和治療潛力。

3. 超聲波成像：數(shù)據(jù)來(lái)自圖2a-f。研究意義是H2-MBs作為超聲波對(duì)比劑，信號(hào)強(qiáng)度與濃度相關(guān)，能在心臟和心肌組織中可視化跟蹤，實(shí)現(xiàn)圖像引導(dǎo)的遞送和劑量監(jiān)控。

 

4. 梗死面積評(píng)估：數(shù)據(jù)來(lái)自圖3a-c。研究意義是TTC染色顯示H2-MBs處理能劑量依賴(lài)性地減少梗死面積（高劑量組減少69.97%），證明其保護(hù)作用。

 

5. 心功能評(píng)估：數(shù)據(jù)來(lái)自圖4a-c。研究意義是超聲心動(dòng)圖顯示H2-MBs改善左心室功能（減少LVEDD和LVESD，提高EF%和FS%），抑制病理重塑。

 

6. 組織學(xué)分析：數(shù)據(jù)來(lái)自圖5a-c。研究意義是H&E染色、TUNEL assay和caspase-3表達(dá)顯示H2-MBs減少心肌壞死、凋亡和caspase-3活性，證實(shí)細(xì)胞保護(hù)作用。

 

7. 炎癥和氧化應(yīng)激指標(biāo)：數(shù)據(jù)來(lái)自圖6a-i。研究意義是ELISA和ROS檢測(cè)顯示H2-MBs降低MPO、TNF-α、IL-1β、8-OHdG、MDA水平，并選擇性減少羥基自由基（*OH），而不影響其他ROS，表明其通過(guò)抗氧化和抗炎機(jī)制發(fā)揮作用。

 

 

 

結(jié)論

論文得出結(jié)論，H2-MBs是一種有效的圖像引導(dǎo)氫氣遞送系統(tǒng)，能顯著提高氫氣溶解度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)超聲波跟蹤，并有效保護(hù)心肌免受缺血-再灌注損傷，通過(guò)減少細(xì)胞凋亡、炎癥和氧化應(yīng)激發(fā)揮作用，具有高生物安全性，為氫氣療法的臨床轉(zhuǎn)化提供了新策略。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測(cè)量的氫氣釋放數(shù)據(jù)具有關(guān)鍵研究意義。該電極是一種針型氫氣傳感器，能實(shí)時(shí)、精確監(jiān)測(cè)溶液中或體內(nèi)的氫氣濃度變化。在圖1b和c中，電極數(shù)據(jù)顯示了H2-MBs在PBS和血液中的釋放動(dòng)力學(xué)：在PBS中，氫氣濃度在2分鐘內(nèi)達(dá)到峰值（180±0.02 μmol/L），在體內(nèi)血液中峰值濃度為119±0.02 μmol/L，但衰減較快。這些數(shù)據(jù)驗(yàn)證了H2-MBs能快速釋放氫氣，達(dá)到治療相關(guān)濃度（以往研究顯示10 μmol/L即有效），并證明其體內(nèi)外釋放特性一致。此外，釋放曲線與超聲波成像結(jié)合，證實(shí)了H2-MBs的遞送效率和治療時(shí)間窗口，為優(yōu)化給藥方案和評(píng)估治療效果提供了定量依據(jù)。總之，Unisense電極的數(shù)據(jù)直接支持了H2-MBs作為高效氫氣遞送系統(tǒng)的可行性和可靠性。