近日，在中国工程院院士张运教授和山东大学齐鲁医院心内科主任张澄教授的带领下，教育部和国家卫健委心血管重构与功能研究重点实验室张鹏飞教授团队在心血管病医工结合研究领域取得新进展，研究成果先后发表在中科院一区Top期刊Research(最新影响因子11.04)和MedicalImageAnalysis(最新影响因子13.828)上。
动脉粥样硬化的靶向干预可有效避免全身给药的不良反应，有望预防斑块破裂和急性心脑血管事件。由于血管病变周围的高速血流环境，常规微纳药物载体在血管内皮细胞的附着和斑块内的富集受到阻碍。中性粒细胞作为“炎症”哨兵，具有多个炎性因子位点，可响应炎性趋化并对抗高剪切力血流环境，可与炎症区域的内皮细胞有效结合。张鹏飞教授课题组利用中性粒细胞的这些特性，研制了仿生中性粒细胞-微泡复合体Neu-balloon，发现Neu-balloon具有对抗高血流剪切力、通过微泡声学对比性能实现超声示踪和病变定位以及通过UTMD效应促进荷载的靶向药物进入斑块的优点。此外，Neu-balloon解决了多种类型干预药物的共转运难题。虽然中性粒细胞荷载容积大，但难以荷载生物分子如寡核苷酸、蛋白质等，而微泡则提供了生物活性大分子的荷载空间。本研究实现了ICG和MiR-126a-5p的共转运，证实ICG最大荷载量为2.9μg/105，在Neu-balloon注射后48小时于斑块内检测到MiR-126a-5p高表达而MCP-1、IL-6、ICAM-1等炎症因子的表达降低，表明MiR-126a-5p可通过Neu-balloon靶向转运至斑块中并发挥抗炎作用，转运效率明显高于传统靶向微泡，有望成为一种以细胞为基础的基因治疗载体。该成果以“Bionic microbubble neutrophil composite for inflammation-responsive atherosclerotic vulnerable plaque pluripotent intervention”为题发表于国际权威期刊Science的合作期刊Research上。山东大学齐鲁医院心内科刘芳芳主治医师和重症医学科毛洋医师为本文的共同第一作者，山东大学齐鲁医院心血管重构与功能研究重点实验室张鹏飞教授、芬兰Åbo Akademi大学生物科学中心张宏博教授和中国科学院深圳先进技术研究院严飞研究员为该文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金(82071939, 82030051, 12074402,81571689)和深圳市基础研究计划(JCYJ20200109114825064)的支持。
Neu-balloon结构图与靶向诊疗一体化干预原理
组织病理学是多种疾病诊断的“金标准”，一般采用伊红-苏木素(H&E)固定染色来显示组织形态特征，但为了准确诊断疾病，常需用功能染色(如油红O和Ki67)以发现更多的组织学信息。然而，同一组织切片中通常只能使用一种染色，额外的功能染色不仅费时和耗资，而且不同染色的切片图像间可能存在组织成分定位的差异。张鹏飞教授课题组提出了一种通过H&E常规染色图像来同时生成三种虚拟功能染色图像的组织病理染色迁移网络MVFStain，可由H&E染色图像中同时生成多个功能染色图像。课题组创新性地提出了KL损失函数和histo损失函数并分别用于不同域中特征空间的对齐和分离，以获得域不变性内容特征和域差异性样式特征，进而生成多种功能的染色图像。此外，课题组利用FA模块同时捕获空间像素特征和RGB颜色通道特征，对不同染色图像的内容和样式特征进行编码。在肺癌、乳腺病变和动脉粥样硬化病变数据库中对这一新方法进行了评估。结果显示，对于峰值信噪比(psnr)和误差直方图(HTI)这两种图像质量评估指标，MVFStain接近或超过一对一的图像转换方法(最佳psnr达26.1919，HIT达到0.9430)，虚拟染色阳性信号的平均光学密度(mIOD)值略低于正确数值并接近人工染色的病变检测能力。该技术提供了一种通过MVFStain虚拟染色来扩展H&E染色的方法，有望实现一种仅需H&E染色输入即可构建多种染色病理图像的综合诊断系统。该成果以“MVFStain: multiple virtual functional stain histopathology images generation based on specific domain mapping”为题发表于Medical Image Analysis。山东大学张冉冉博士为本文第一作者，山东大学齐鲁医院心血管重构与功能研究重点实验室张鹏飞教授、山东大学信息科学与工程学院刘治教授、山东大学软件学院崔立真教授和加拿大Western University的李硕教授为该文的共同通讯作者。该工作得到了山东省自然科学基金重大基础研究项目(ZR2019ZD05)的支持。
MVFStatin的设计和工作原理
相关链接
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9188677/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35810588/
