非線性超聲技術(shù)實(shí)現(xiàn)超8小時(shí)單細(xì)胞級(jí)活體動(dòng)態(tài)追蹤

本研究開發(fā)了一種基于超聲成像的巨噬細(xì)胞追蹤技術(shù)，通過(guò)脂質(zhì)微泡標(biāo)記實(shí)現(xiàn)實(shí)體瘤內(nèi)免疫細(xì)胞動(dòng)態(tài)的單細(xì)胞級(jí)監(jiān)測(cè)。團(tuán)隊(duì)證實(shí)微泡標(biāo)記不影響巨噬細(xì)胞活性、遷移能力和表型特征，其非線性聲學(xué)特性可在低機(jī)械指數(shù)（MI<0.34）下實(shí)現(xiàn)高特異性成像。該技術(shù)成功追蹤了靜脈注射后巨噬細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的積累和外滲過(guò)程，持續(xù)時(shí)間超過(guò)8小時(shí)，為癌癥免疫治療提供了新型無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)手段。

研究成果由Ashley Alva、Chulyong Kim、Costas Arvanitis等學(xué)者共同完成，論文《Imaging of macrophage accumulation in solid tumors with ultrasound》于2025年7月在Nature Communications期刊在線發(fā)表。

重要發(fā)現(xiàn)
01微泡標(biāo)記的生物相容性突破
研究團(tuán)隊(duì)采用FDA批準(zhǔn)的脂質(zhì)微泡（Definity）通過(guò)吞噬作用標(biāo)記巨噬細(xì)胞，4小時(shí)標(biāo)記效率達(dá)75.7%±9.3%。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)包括：
細(xì)胞功能無(wú)損：遷移實(shí)驗(yàn)顯示微泡標(biāo)記的巨噬細(xì)胞在4T1癌細(xì)胞趨化下遷移能力與未標(biāo)記細(xì)胞無(wú)差異
表型穩(wěn)定性：流式細(xì)胞術(shù)證實(shí)標(biāo)記后小鼠/人源巨噬細(xì)胞的M1/M2表型標(biāo)志物（CD86、iNOS、CD206等）未發(fā)生顯著改變
安全成像窗口：機(jī)械指數(shù)≤0.34時(shí)，微泡振蕩僅產(chǎn)生諧波信號(hào)，細(xì)胞死亡率保持在3.3%±2.5%

03活體腫瘤監(jiān)測(cè)應(yīng)用
在4T1乳腺癌模型中獲得突破性驗(yàn)證：
實(shí)時(shí)追蹤：靜脈注射后4小時(shí)腫瘤周邊信號(hào)強(qiáng)度激增47%
外滲證實(shí)：熒光顯微成像顯示微泡巨噬細(xì)胞穿透血管壁進(jìn)入腫瘤基質(zhì)
定量驗(yàn)證：流式細(xì)胞術(shù)證實(shí)腫瘤內(nèi)12%的巨噬細(xì)胞為標(biāo)記細(xì)胞，且65%以上保持活性

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
01突破現(xiàn)有技術(shù)壁壘
靈敏度革命：將超聲檢測(cè)限從傳統(tǒng)百萬(wàn)細(xì)胞級(jí)提升至單細(xì)胞級(jí)，靈敏度比MRI/PET提升2個(gè)數(shù)量級(jí)

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力：實(shí)現(xiàn)8小時(shí)持續(xù)追蹤，克服了光學(xué)成像穿透深度不足和核醫(yī)學(xué)時(shí)間分辨率低的缺陷

跨物種普適性：驗(yàn)證方案適用于小鼠原代巨噬細(xì)胞、人源巨噬細(xì)胞及樹突細(xì)胞

總結(jié)與展望
本研究通過(guò)微泡標(biāo)記與非線性超聲成像的結(jié)合，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)體瘤中巨噬細(xì)胞的單細(xì)胞水平無(wú)創(chuàng)追蹤，其核心優(yōu)勢(shì)在于兼顧高特異性、靈敏度與生物安全性，且設(shè)備便攜、操作簡(jiǎn)便。這項(xiàng)技術(shù)不僅為理解腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞動(dòng)態(tài)提供了新工具，更在癌癥診斷（如巨噬細(xì)胞密度作為預(yù)后標(biāo)志物）、免疫治療監(jiān)測(cè)（如CAR-巨噬細(xì)胞療法追蹤）等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

未來(lái)通過(guò)優(yōu)化微泡穩(wěn)定性（如低擴(kuò)散氣體核心）、提升成像分辨率（結(jié)合超分辨超聲），有望進(jìn)一步拓展其在心血管疾病等其他領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)無(wú)創(chuàng)免疫成像技術(shù)的革新。

DOI:10.1038/s41467-025-61624-1.