组织力学是指细胞和组织在受到力的作用时所表现出的物理特性，它对生理和病理过程有着重要的影响。例如，肿瘤和纤维化等疾病通常会导致组织变得更加僵硬，从而影响细胞功能和信号传导。因此，能够在活体内准确测量组织力学的方法是研究生物力学和诊断治疗疾病的重要工具。目前，用于研究活体内组织力学的探针主要受限于光的穿透性和材料的稳定性，难以实现高灵敏度和高分辨率的成像。
气囊是一种空心的蛋白质囊泡，具有很强的超声反射性；磁性纳米颗粒是一种可以在外加磁场下移动的微小颗粒，具有很强的超顺磁性。这种结合使得MGVs可以在外加磁场下产生微小的振动，并通过超声波反射出来，形成一种称为磁动超声成像（MMUS）的新型成像模式。这种模式可以根据周围组织的力学特性调节MGVs的振动幅度和超声信号强度，从而实现无创、实时、定量地测量活体内组织弹性。
科学家们首先通过点击化学法将带有叠氮基团的MNPs与带有DBCO基团的GVs连接起来，制备出MGVs，并通过浮力纯化法将其从未反应的MNPs中分离出来。他们用电子显微镜观察了MGVs的形貌，并用振动样品磁强计测量了MGVs的磁性。他们发现每个MGV大约连接了个MNPs，具有79?emu?g?1的磁矩。
然后，科学家们建立了一个MMUS成像系统，并优化了系统的磁场参数。他们在琼脂糖凝胶中分别注入了MGVs、GVs和MNPs，并在不同频率、强度和波形的交变磁场下进行了MMUS成像。他们发现MGVs相比于GVs和MNPs能够产生更强、更敏感、更可控的MMUS信号，并且保持了常规B模式超声的空间分辨率。他们还发现MGVs的MMUS信号与琼脂糖凝胶的弹性模量呈反比关系，即凝胶越软，MGVs的振动幅度越大，信号强度越高；凝胶越硬，MGVs的振动幅度越小，信号强度越低。此外，他们还发现MGVs的浓度也会影响MMUS信号的检测范围，即浓度越高，能够检测到的最大弹性模量越大。
接下来，科学家们利用MGVs进行了两种类型的人类器官样体（organoid）的纤维化检测。器官样体是一种类似于微型器官的三维细胞培养体系，可以模拟正常或病理状态下的组织结构和功能。科学家们分别制备了肺和肝的器官样体，并用TGF-β诱导纤维化。他们将MGVs分别注射到肺器官样体的腔内和肝器官样体的胶原水凝胶中，并在不同时间点进行了MMUS成像。他们发现正常和纤维化的器官样体在MMUS信号上有明显的差异，即纤维化程度越高，信号强度越低。他们还用组织学和生化分析验证了纤维化的发生，并用抗纤维化药物测试了MGVs在药物筛选中的应用。
最后，科学家们将MGVs应用到了活体动物模型中。他们分别将MGVs、GVs和MNPs静脉注射到小鼠体内，并在5分钟后取出肝脏进行离体MMUS成像。他们发现MGVs相比于GVs和MNPs能够产生更强的MMUS信号，并且在10%甲醛固定后，信号显著降低，说明肝脏变硬。他们还在活体小鼠中进行了MMUS成像，并发现MGVs能够提供更高的信噪比和成像灵敏度。此外，他们还用CCl4诱导小鼠肝纤维化，并用MGVs进行了诊断，发现纤维化小鼠的MMUS信号明显低于正常小鼠。
结论：科学家们开发了一种基于磁气囊蛋白纳米结构的磁动超声成像技术，能够无创、实时、定量地测量活体内组织力学。这种技术具有优异的超声对比度和检测灵敏度，能够适应不同类型和弹性范围的组织，并且具有良好的生物相容性和稳定性。这种技术为研究生物力学和其在疾病诊断和治疗中的应用提供了新的视角和工具。
Kim,WS.,Min,S.,Kim,S.K.etal.Magneto-acousticproteinnanostructuresfornon-invasiveimagingoftissuemechanicsinvivo.Nat.Mater.().doi.org/10./s---w
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