心肌脂肪酸代谢非侵入性荧光成像成功，有望用于诊断

无创成像心肌的长链脂肪酸代谢

理化学研究所10月21日宣布，成功开发出了利用光可视化心肌脂肪酸代谢的近红外荧光探针。这项研究由理研生命机能科学研究中心的生物探针研究组的神隆组长、技术人员坪井节子、北海道大学研究生院尖端生命科学研究院化学生物学研究室的门出健次教授、村井勇太助教、马哈德瓦M.M. 斯瓦米助教、大阪大学研究生院医学系研究科中性脂肪学共同研究讲座的平野贤一特任教授等人组成的研究小组的成果。研究成果刊登在《Analyst》上。

心脏出现问题会直接影响到生命，因此准确掌握心脏功能状态在临床上非常重要。正常心脏的肌肉主要利用脂肪酸作为能量源，但缺血状态的心肌利用葡萄糖代替脂肪酸。因此，对心肌的长链脂肪酸代谢进行非侵入性成像对心脏功能的评估是不可或缺的，并且有助于了解健康或疾病的心脏状态。

利用放射性碘标记的碘苯戊二酸等长链脂肪酸类似物，利用SPECT（单光子发射计算机断层成像）被广泛使用。SPECT可以实现高灵敏度的心肌代谢成像，但需要大规模的诊断仪器对放射线进行检测和成像，还需要使用放射性物质进行标记合成，成本方面等都是问题。另一方面，作为不使用放射线的非侵入式成像，利用红光容易穿过身体的特点，将波长为700 ~ 900纳米（nm，1nm等于10亿分之一米）的近红外光发射到比可见光红光波长更长的红外光。此次研究将长链脂肪酸与发出近红外荧光的色素相结合，尝试开发心肌脂肪酸代谢的近红外生物荧光成像技术。

开发出可三步合成、可长时间停留在心肌内的近红外荧光标记Alexa680-BMPP

在设计产生近红外荧光的长链脂肪酸时，以BMIPP为基本骨架，BMIPP被用作心肌代谢成像的SPECT探针。近红外荧光标记使用具有波长700nm以上的荧光发光的Alexa680荧光色素。以这两种分子为材料，合成了具有Alexa680的近红外荧光的长链脂肪酸“Alexa680- bmpp”。分叉的长链脂肪酸BMIPP由于β-氧化被阻碍而难以被代谢，具有长时间停留在心肌的性质。因此，以BMIPP为基本骨架的近红外荧光标记Alexa680-BMPP也有望与BMIPP一样用于心肌中的脂肪酸代谢成像。另外，Alexa680-BMPP从起始化合物BMIPP只需3步就能合成，制造也很简单。

在高荧光亮度和调控下，心肌细胞被显著吸收

开发的Alexa680-BMPP的分子量为1231，分子结构通过高分辨率质谱、agross凝胶电泳和荧光光谱的测定得以确认。荧光的最大峰值位于近红外波长区域，所照射的光(激发光)的能量被用于荧光能量的转换效率(量子收率)为39%。这与普通的近红外荧光色素印度绿素的量子收率为1%相比，显示出较高的荧光亮度。

为了确认Alexa680-BMPP是否发挥长链脂肪酸的功能，研究了在培养条件下对人类心肌细胞的吸收。结果表明，与调控色素（未与脂肪酸结合的Alexa680）相比，Alexa680- bmpp更容易被心肌细胞吸收。由此可见，Alexa680-BMPP具有荧光性长链脂肪酸的功能。

30分钟后，小鼠心脏部位的近红外荧光强度达到最大值，并逐渐减小

接下来，为了确认活老鼠心肌中的脂肪酸代谢是否能够被荧光成像，从尾静脉注入Alexa680-BMPP到黑尾小鼠（4周龄，Hos：HR-1），观测了近红外荧光。小鼠心脏部位的近红外荧光强度在Alexa680-BMPP注射30分钟后达到最大，随着时间的推移荧光强度逐渐减小。作为控制，尾静脉注射了等量的Alexa680，但几乎没有观测到荧光。此外，从注入荧光色素后切除的心脏组织的荧光成像图像中发现，Alexa680- bmpp进入心脏的量是Alexa680的5 ~ 6倍。这些实验结果表明，Alexa680-BMPP作为荧光性长链脂肪酸，被小鼠心肌吸收。

绝食可以增加心脏的吸收

接着，研究了Alexa680-BMPP进入心肌是否随心肌的生理状态而变化。一般来说，让老鼠长期绝食的话，心脏的脂肪酸摄取会增强。因此，为了进行比较，对24小时绝食的老鼠和用普通饲料饲养的老鼠的心脏组织进行了近红外荧光成像。结果显示，无论是活体荧光成像还是分离切除的心脏荧光成像，绝食小鼠对Alexa680-BMPP心脏的吸收都明显大于被喂食小鼠。上述结果表明，荧光长链脂肪酸Alexa680-BMPP可以作为荧光探针来观测心肌的生理状态。

作为今后的期待，研究小组表示：“到目前为止，还没有开发出能够非侵入性地测量心肌脂肪酸代谢的荧光性长链脂肪酸。此次世界上首次成功合成的发出近红外荧光的长链脂肪酸（Alexa680-BMPP），可实现心肌脂肪酸代谢的荧光成像。这样一来，原先只能通过SPECT等放射线成像进行检查的心肌脂肪酸代谢，就可以更简便地成像。这种使用近红外荧光的心肌成像技术有望应用于各种心脏疾病的研究。”

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