Pt纳米颗粒在心肌梗死治疗中的应用：光热神经调控的新前景

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1317次浏览发布时间：2024-08-03 16:41:30

　　引言

　　2024年7月28日，武汉大学付磊团队在《Nature Communications》期刊上发表了一篇题为《Pt纳米壳层具有高NIR-II光热转换效率的多模态神经调控，针对室性心律失常》的研究论文。该研究合成了铂纳米颗粒(PtNP)壳层，展示了其在心肌梗死和相关室性心律失常(VAs)非侵入性治疗中的巨大潜力，同时在介入治疗期间防止再灌注损伤。

　　心血管疾病与室性心律失常

　　心血管疾病是全球范围内的主要死亡原因，急性心肌梗死(MI)是其中最为致命的一种。MI经常诱发急性室性心律失常，这显著阻碍了心肌梗死的及时有效治疗。此外，传统的介入手术尽管能挽救心肌功能，却往往伴随再灌注损伤和相关的心律失常。研究表明，交感神经抑制或副交感神经激活能够稳定心脏电生理，预防心肌梗死并降低VAs的发生率。

　　纳米技术与神经调控

　　近年来，光激活的纳米换能器在诱导局部加热效应、激活或抑制神经方面展示了前景。相比于可见光和第一个近红外窗口(NIR-I，650-900 nm)，第二个近红外窗口(NIR-II，900-1700 nm)具有更低的组织散射和吸收，提高了生物组织的最大允许暴露量(MPE)。这种特性使得NIR-II光热效应成为实现非侵入性、非植入式神经调控的可能手段。

　　Pt纳米颗粒壳层的合成与性能

　　在这项研究中，团队以液态金属纳米颗粒为模板，通过电偶联取代反应，成功合成了具有近黑体吸收特性的Pt纳米颗粒壳层(PtNP-shell)。这种纳米壳层具备表面孔隙和中空结构，能够通过局部加热效应实现快速、高效、精确的多模态自主神经调控。具体而言，副交感神经激活和交感神经抑制分别通过激活TRPV1(41.0–42.9 °C)和TREK1(45.0–46.9 °C)通道来实现。

　　研究方法与结果

　　光热效应对室性心律失常的影响

　　为了探究PtNP壳层的光热效应对减少MI诱导的VAs发生率的影响，团队采用NIR-II光将交感神经节(LSG)加热至约46.0 °C，然后进行冠状动脉结扎实验。结果显示，与对照组相比，PtNP壳层组的室性心动过速(VTs)或心室颤动(VF)发生率显著降低(16%对50%)。同时，光热神经调控后，VA评分明显下降，心室电生理指标如ERP得到保护，VF阈值也显著高于对照组。

　　生物安全性评估

　　为了验证PtNP壳层光热调控的生物安全性，团队对处理后的交感神经节(LSG)和副交感神经节(NG)组织进行苏木精和伊红(H&E)染色及末端脱氧核苷酸转移酶(TdT)dUTP缺口末端标记(TUNEL)检测。结果显示，PtNP壳层组与对照组的神经元组织均未出现损伤迹象，表明这种光热神经调控方法是安全且可重复的。进一步的实验注射PtNP壳层至动物模型，30天后未发现主要器官如心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏有任何明显损伤，血液生化分析也未显示肝毒性、肾毒性或炎症反应。

　　研究结论与展望

　　这项研究合成的PtNP壳层在NIR-II窗口中表现出高光热转换效率(1064 nm处为73.7%)，能够通过局部加热有效激活温度敏感离子通道TRPV1和TREK1，从而实现精确、有效的自主神经调控。这种方法在MI和再灌注损伤的非侵入性治疗中展示了巨大潜力。

　　光热神经调控策略在急性心肌梗死和急性再灌注损伤模型中表现出减轻VAs发生率的保护效果。然而，进一步的研究仍需评估其在慢性心肌损伤模型中的长期保护潜力。

　　在MPE范围内，NIR-II光造成的组织损伤可以忽略不计，使其成为对生物体最安全的干预措施之一。利用PtNP壳层的优异吸收特性和超声引导的显微注射技术，有望开发出远程、精确的神经调控策略。这不仅对MI和再灌注损伤相关的VAs有效，对治疗难治性高血压和稳定型动脉粥样硬化等慢性疾病也表现出广泛的应用前景。

　　总结

　　PtNP壳层在心肌梗死治疗中的应用展示了光热神经调控的新前景，提供了一种非侵入性、安全且有效的治疗手段。未来的研究将进一步优化这种技术，为心血管疾病的治疗带来新的希望。

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