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中国科大等在肿瘤光声成像研究中取得新进展

23 9月 , 2019  

近日,中国科学技术大学教授梁高林课题组利用细胞内组装-解组装萤光素纳米粒子的策略,实现体内外脂肪酸酰氨水解酶活性的持续跟踪,并在构建有肿瘤模型的小鼠体内验证了其优异的肿瘤持续生物自发光成像效果。该研究成果发表在6月27日的《美国化学会-纳米》(ACS
Nano
, 2016, DOI:
10.1021/acsnano.6b03412)上,论文共同第一作者为中国科大博士后袁月和南京医科大学博士王富强。

11月27日,国际学术期刊Nano Letters
在线发表了中国科学技术大学化学与材料科学学院教授梁高林课题组的研究成果,文章标题为Alkaline
Phosphatase-Triggered Self-Assembly of Near-Infrared Nanoparticles for
the Enhanced Photoacoustic Imaging of
Tumors
。该文章报道了一种碱性磷酸酶控制的近红外纳米粒子的自组装用于光声成像信号放大的策略,并在动物肿瘤模型上显示了光声成像信号明显放大的效果(Nano
Lett.
2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b03482)。

FAAH属于丝氨酸水解酶家族,能降解人体内大麻素,维持神经系统的正常功能。体内过表达FAAH会导致严重的神经系统紊乱综合症,而治疗策略则是使用FAAH的抑制剂。由于神经系统疾病往往是慢性的和长期的,因此长期跟踪一种FAAH抑制剂的效果(或者FAAH的活性)显得十分重要。目前评价FAAH活性的方法需要取出小鼠组织、匀浆并用色谱的方法检测FAAH的降解产物,费时、费力并且不直接。正电子断层扫描可以对FAAH活性进行直接成像分析,但是PET示踪剂的半衰期不到2小时。生物自发光成像的方法已经被用于FAAH的活性检测,但是萤光素的半衰期不到30分钟,即使采用纳米包裹的策略,其半衰期也不超过5小时。

光声技术对浅表肿瘤的成像具有很高的空间分辨率。然而,利用肿瘤高表达的碱性磷酸酶来激活探针用于肿瘤的光声成像并没有文献报道。梁高林课题组合理设计了一种化学结构式为1P的近红外探针,同时提出了一种碱性磷酸酶控制的、肿瘤细胞内自组装近红外纳米粒子用于肿瘤的增强光声成像策略。研究发现1P在碱性磷酸酶的作用下生成去磷酸化的产物1,1被肿瘤细胞摄取后自组装形成纳米粒子从而增强肿瘤的光声成像信号。他们与苏州大学合作,发现纳米粒子的形成在体外会使光声成像信号增大6.4倍。体内肿瘤光声成像结果表明,与碱性磷酸酶抑制剂处理的对照组相比,实验组的肿瘤光声成像信号增强了2.3倍。需要指出的是,如果把1P中的Phe-Phe-Tyr-OH片段换成其他酶切序列,采用这个策略可以发展出更多的“智能”光声成像探针用于精准诊断他们相对应的癌症。

梁高林课题组利用最近自己课题组发展起来的“智能”组装-解组装策略(Angew.
Chem. Int. Ed.
2015, 54, 9700-9704;ACS Nano 2015, 9, 761-768;ACS
Nano
2015, 9,
5117-5124),合理设计了一个潜在的萤光素小分子1,该分子进入细胞后立即组装成萤光素纳米粒子,在FAAH的作用下,纳米粒子缓慢解组装并释放出萤光素,实现对FAAH活性持续成像分析。动物实验结果表明,该策略可实现肿瘤内FAAH活性长达2.5天的持续成像,并且没有对模型小鼠产生毒性。该探针1有望用于临床,用于体内筛选FAAH抑制剂或者其相关疾病的诊断。

文章的共同第一作者为中国科大化学与材料科学学院博士生吴澄帆和苏州大学纳米学院硕士生张瑞,梁高林为最后通讯作者。

上述研究得到苏州纳米科技协同创新中心、合肥物质科学技术中心重要项目培育基金、合肥大科学中心、重点高校基础研究基金、博士后基金和国家自然科学基金的资助。

该研究得到国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及基金委创新研究群体项目的资助。


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