Nanobiotechnology：磁性纳米放射性示踪剂用于肺动脉高压中的中性粒细胞靶向检测

背景
肺动脉高压（Pulmonary Arterial Hypertension, PAH）是一种进展性、危及生命的疾病，其主要特征是肺动脉血压持续升高，最终导致右心室的不可逆损害。尽管在过去数十年中对 PAH 的病理生理机制有了深入研究，但由于其病理过程的高度异质性，PAH 的早期诊断和有效治疗依然面临巨大挑战。炎症被认为是 PAH 发生和发展的关键驱动因素，并可能解释个体间在疾病表现和进展速度上的显著差异。中性粒细胞作为先天免疫系统的重要组成部分，其募集和浸润与急性和慢性炎症状态密切相关，而肺部中性粒细胞的聚集被认为可能是监测 PAH 进展的潜在生物标志物。然而，目前缺乏一种特异性的探针能够非侵入性地实时检测体内的中性粒细胞浸润状况。

目前，影像学技术在研究和诊断炎症过程中发挥了重要作用。其中，氟脱氧葡萄糖（18F-FDG）正电子发射断层扫描（PET）是检测体内炎症活动的金标准。然而，18F-FDG 并不具有细胞特异性，仅通过监测组织葡萄糖代谢水平的增加来间接反映炎症活动，限制了其在复杂和异质性疾病中的应用。这种局限性进一步凸显了开发更特异性分子探针的迫切需求，以便更精确地评估 PAH 的炎症特征，为个性化医疗提供支持。

方法
为了应对上述挑战，本研究设计了一种基于超小铁氧化物纳米颗粒（USPIO）的磁性纳米放射性示踪剂，并通过 N-肉桂酰-F-(D)L-F-(D)L-F 肽功能化，使其靶向中性粒细胞细胞膜上高度表达的甲酰肽受体 1（Formyl Peptide Receptor 1, FPR1）。该探针通过多模态影像技术（磁共振成像，MRI；正电子发射断层扫描，PET）实现对中性粒细胞浸润的特异性检测。

研究首先在磁共振成像和组织学分析中评估了纳米探针的生物分布特性，验证其在动物模型中的安全性和靶向性。随后，通过正电子发射断层扫描（PET），将其在两种炎症特征和中性粒细胞浸润水平不同的 PAH 动物模型中的肺部摄取量，与传统的 18F-FDG 进行了对比。这两种 PAH 动物模型分别为：单克罗他林诱导的 PAH 模型（以血管炎症为主）和双重打击 Sugen-慢性缺氧诱导的 PAH 模型（以血管重塑为主）。

结果
实验结果表明，该靶向磁性纳米放射性示踪剂能够特异性检测到两种 PAH 动物模型中肺部中性粒细胞浸润的增加，并成功区分了两种模型的不同炎症特征。与此相对，18F-FDG PET 尽管能反映全身代谢活性，但未能在两种模型间提供差异性信息，无法有效区分不同的炎症和病理特征。此外，该纳米探针在 MRI 和组织学分析中表现出较高的组织靶向性和安全性，进一步支持其作为潜在诊断工具的可行性。这一研究揭示了靶向分子影像在评估复杂和多因素疾病中的独特优势。PAH 是一种病理机制高度异质的疾病，其发展不仅涉及血管内皮功能障碍和血管重塑，还与炎症免疫反应密切相关。因此，传统的单一代谢成像工具（如 18F-FDG）可能难以满足疾病多维度评估的需求。本研究开发的靶向磁性纳米探针，通过靶向中性粒细胞特异性受体 FPR1，不仅能够实现对炎症活动的精确定位，还能够区分不同的炎症病理机制。这种靶向影像技术为 PAH 的个性化诊断和分型提供了新的可能性。

结论
本研究强调了靶向成像技术在异质性和多因素疾病（如 PAH）个性化管理中的重要性。利用靶向多模态纳米探针进行磁共振和正电子发射断层成像，不仅可以显著提高疾病诊断的准确性，还可实现对病程的实时监测和评价，从而为疾病的分子机制研究、新疗法开发和个性化治疗方案制定提供有力支持。这一创新性影像技术为未来 PAH 和其他复杂炎症性疾病的研究开辟了新途径，同时也有望推动更精确的个性化医学实践。

参考文献：

Fadón-Padilla L, Miranda-Pérez de Alejo C, Miguel-Coello AB, Beraza M, Di Silvio D, Urkola-Arsuaga A, Sánchez-Guisado MJ, Aiestaran-Zelaia I, Fernández-Méndez L, Martinez-Parra L, Ismalaj E, Berra E, Carregal-Romero S, Ruíz-Cabello J. Magnetic nanoradiotracers for targeted neutrophil detection in pulmonary arterial hypertension. J Nanobiotechnology. 2024 Nov 14;22(1):709. doi: 10.1186/s12951-024-03000-7. PMID: 39543655; PMCID: PMC11562838.