【Nature子刊】新希望！武汉大学付磊团队合成Pt纳米壳，或能治愈心肌梗死！

2024年7月28日， 武汉大学付磊团队团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“Pt nanoshells with a high NIR-II photothermal conversion efficiency mediates multimodal neuromodulation against ventricular arrhythmias”的研究论文。本研究中合成的PtNP壳层，在心肌梗死和相关VAs的非侵入性治疗，以及介入治疗期间防止再灌注损伤方面，具有巨大潜力。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50557-w

研究背景

 01 

心血管疾病已成为导致死亡的主要原因，急性心肌梗死是最有害的疾病之一。心肌缺血（MI）经常诱发急性室性心律失常（VAs），阻碍了急性心肌梗死的及时有效治疗。此外，传统的心肌梗死介入手术，无法规避伴随的心肌再灌注损伤和相关的VAs。交感神经抑制或副交感神经激活，已被证明可以稳定心脏电生理学，预防心肌梗死，并降低VA的发病率。

近年来，多项研究表明，光激活的纳米换能器，可以诱导局部加热效应，导致神经的激活或抑制。考虑到神经反应的急性性质，需要一种具有快速、准确调节的治疗策略。与第一个近红外（NIR-I，650-900 nm）和可见光窗口中的光相比，第二个近红外窗口（NIR-II，900-1700 nm）中的光减少了组织散射和吸收，并增加了生物组织的最大允许暴露量（MPE）。因此，这使得使用NIR-II光热效应，实现非侵入性和非植入式神经调控，成为可能。

在本研究中，团队合成了一种近黑体NIR-II Pt纳米颗粒壳（PtNP-shell），用于防止伴随干预的MI和心肌再灌注损伤。团队以液态金属纳米颗粒为模板，通过简单的电偶联取代反应，合成了PtNP壳层，其具有表面孔隙和中空结构，利用PtNP-shell介导的局部加热效应，实现了快速、高效、精确的多模态自主神经调控。具体来说，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。PtNP-shell介导的光热自主神经调控，分别在心肌缺血再灌注（I/R）损伤模型和MI模型中，有效稳定心脏电生理学并降低VAs发病率。

研究进展

 02 

PtNP-壳光热抑制LSG，

可改善心肌梗死并减少相关的VAs

为了探究PtNP-壳光热效应，对减少MI诱导的VAs发生的影响，团队采用NIR-II光，使LSG达到约46.0 °C的目标温度，然后才结扎LAD冠状动脉。在NIR-II激光照射下，与对照组相比，PtNP壳组的VTs或VF发生率显著降低（16%对50%）然而，两组在VTs数量和持续时间方面，没有显著差异。此外，VA诱导性检测表明，用PtNP-shell进行光热神经调控后，VA评分下降（1.50 ± 0.76 vs. 4.83 ± 1.14，P < 0.05），有效保护心脏。PtNP-壳光热抑制LSG，对心室电生理指标ERP的保护作用与激活NG相似。VF阈值高于对照组（24.33 ± 4.24 vs. 12.33 ± 3.16，P < 0.05）。LSG的光抑制与NG激活后的心率变异性，遵循相同的趋势。这些结果表明，PtNP壳通过调节自主神经系统，特别是通过减少交感神经活动和增强副交感神经张力，来防止心脏损伤并减少VAs。

PtNP-壳光热抑制交感神经系统，可改善心肌梗死相关的VAs。

PtNP-shell在转化应用中的生物安全性

为了验证PtNP壳光热调节对自主神经系统的生物相容性，团队对LSG和NG组织进行了快速切除，然后进行苏木精和伊红（H&E）染色和末端脱氧核苷酸转移酶（TdT）dUTP缺口末端标记（TUNEL）检测。H&E和TUNEL染色，未发现NG和LSG的PtNP壳组和对照组，有任何神经元损伤的迹象，表明PtNP壳的神经调控是可重复的。同时，为了进一步研究PtNP壳的长期生物安全性，显微注射200μl PtNP壳（50 μg mL−1或PBS分别给予狗的神经节和大鼠的尾静脉。随访30天后，未发现神经节或主要器官（包括心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏）有明显损伤。血液生化分析表明，没有肝毒性、肾毒性和炎症反应的诱导。这些结果明确证明了，PtNP壳具有优异的生物相容性和长期的生物安全性。

PtNP壳的合成步骤和介导精确光热效，应对抗室性心律失常的概念。

研究结论

 03 

本研究中合成的PtNP壳层，表现出近乎完美的黑体吸收特性，使其成为一种高效的吸收体，在NIR-II窗口中具有高PCE（1064 nm处为73.7%）。此外，PtNP壳激活诱导的局部加热，可有效触发温度敏感离子通道TRPV1和TREK1，从而能够精确、有效地调节自主神经。这种创新方法在心肌梗死和相关VAs的非侵入性治疗，以及介入治疗期间防止再灌注损伤方面，具有巨大潜力。

心脏交感神经去神经支配术，是一种针对自主神经节治疗难治性室性心律失常的临床程序。在本研究中，团队验证了PtNP-壳光热神经调控策略，在急性心肌梗死和急性再灌注损伤模型中，减轻室性心律失常发生率的保护效果。然而，科学界需要通过实验（例如，评估心脏功能和梗死区域）进行进一步评估，以确定该策略在慢性心肌损伤模型中的保护潜力。

此外，在最大允许暴露（MPE）范围内，可以忽略光造成的最小组织损伤，使其成为对生物体最安全的干预措施之一。光和组织之间的相互作用是错综复杂的，进一步的研究，可以帮助科学界选择更合适的波长，以在MPE范围内实现更深的穿透。利用PtNP壳几乎无可挑剔的黑体吸收和超声引导显微注射技术，可以开发远程和精确的神经调控策略，有望对MI和再灌注损伤相关的VAs提供非侵入性保护。同时，利用神经节周围血管的存在，为最大限度地减少光子在组织内的传播，提供了机会。因此，在介入治疗期间，通过血管途径在神经节附近，通过NIR-II纤进行光热调制，成为直接临床转化的有前途的途径。由于自主神经的广泛分布和神经调节的普遍性，该方法的意义超越了VAs，因为它对难治性高血压和稳定型动脉粥样硬化等慢性疾病，表现出广泛的治疗前景。

参考资料：

1.Virani, S. S. et al. Heart disease and stroke statistics—2020 update: a report from the American Heart Association. Circulation 141, E139–E596 (2020).

2.Trayanova, N. A. Learning for prevention of sudden cardiac death. Circ. Res. 128, 185–187 (2021).