Nat Commun | 汪贻廣團隊發展調控納米顆粒核心組分(fēn)增強腫瘤成像效果的新(xīn)策略

2024年9月7日，我院天然藥物(wù)及仿生藥物(wù)全國(guó)重點實驗室汪贻廣教授在國(guó)際著名(míng)期刊Nature Communications在線(xiàn)刊登了最新(xīn)研究成果“Tuning nanoparticle core composition drives orthogonal fluorescence amplification for enhanced tumour imaging”（通過調控納米顆粒核心組分(fēn)實現正交熒光信号放大以增強腫瘤成像）

圖源：生物(wù)通

    腫瘤的精(jīng)準檢測和邊界識别對于成功的外科(kē)手術至關重要，熒光引導手術可(kě)以幫助醫(yī)生實時識别腫瘤邊界。然而，現有(yǒu)的熒光探針由于非特異性作(zuò)用(yòng)機制，常常導緻成像對比度低。而靶向腫瘤細胞表面受體(tǐ)的成像探針，雖然提高了特異性，但其設計的“始終開啓”模式導緻高背景信号，影響了成像效果。為(wèi)了解決這一問題，該實驗室開發了能(néng)夠響應腫瘤微環境的“可(kě)激活”熒光探針。這類探針在血液中(zhōng)保持熒光關閉狀态，隻有(yǒu)在腫瘤環境中(zhōng)激活，顯著減少背景信号并提升成像對比度。然而，目前探針在腫瘤細胞内的内化效率不足，信号放大不充分(fēn)，因此亟需進一步提升内化效率和特異性激活能(néng)力，以實現更精(jīng)準的腫瘤成像。

    該研究報道了一系列通過非離子化單體(tǐ)調控納米粒核心結構的新(xīn)一代pH超敏感納米探針（HUNPs），該探針通過腫瘤蓄積與内吞，實現了腫瘤熒光信号的正交放大。通過調節納米顆粒内核疏水性組分(fēn)的種類與比例，探針的細胞結合與内化能(néng)力大幅度增強，從而顯著放大了pH誘導的熒光信号。基于此策略，研究人員篩選出熒光探針iP5B5-ICG，其在多(duō)種腫瘤模型中(zhōng)展示了高選擇性和高靈敏度的檢測能(néng)力，為(wèi)提升納米藥物(wù)的細胞内生物(wù)利用(yòng)率以及改善成像與治療效果提供了新(xīn)的方法。

圖源：生物(wù)通

該研究首先合成與表征了一系列新(xīn)型pH超敏感納米探針HUNPs，并通過比率成像方法，揭示了納米顆粒内核結構變化對成像規律與機理(lǐ)的影響。結果顯示，當内核非離子化親水單體(tǐ)比例增加，納米粒的血液清除速度增加，腫瘤蓄積降低，導緻腫瘤成像效果降低；相反，随着非離子化疏水單體(tǐ)比例增加，納米顆粒的細胞内化效率顯著提高，成像效果大幅提升。調控核心組分(fēn)的HUNPs探針與第一代探針相比，其與細胞相互作(zuò)用(yòng)的效率提高了10倍以上，腫瘤組織中(zhōng)的探針内化效率高達50%。這一發現揭示了納米粒的内核組成在增強納米生物(wù)相互作(zuò)用(yòng)中(zhōng)的關鍵角色。

研究團隊進一步篩選了含有(yǒu)不同烷基碳數的非離子化單體(tǐ)，最終發現，内核中(zhōng)添加50%甲基丙烯酸丁酯（BMA）的探針展現出最佳的腫瘤成像效果。相比臨床使用(yòng)的遊離ICG，其對應探針iP5B5-ICG探針的腫瘤成像效果顯著提升，在注射48小(xiǎo)時後，iP5B5-ICG組的信号強度是遊離ICG組的91倍，成像對比度提升9.4倍。此外，iP5B5-ICG在多(duō)種腫瘤模型中(zhōng)表現出高選擇性和高靈敏度的成像效果，并能(néng)以極高的對比度和分(fēn)辨率精(jīng)确描繪惡性病竈與健康組織的邊界，為(wèi)腫瘤熒光成像引導手術的發展提供了有(yǒu)力支持。

北京大學(xué)藥學(xué)院汪贻廣教授為(wèi)本研究論文(wén)的通訊作(zuò)者。北京大學(xué)藥學(xué)院2017級六年制學(xué)生潘美潔（現在賓夕法尼亞大學(xué)攻讀博士學(xué)位）為(wèi)論文(wén)的第一作(zuò)者。北京大學(xué)藥學(xué)院天然藥物(wù)及仿生藥物(wù)全國(guó)重點實驗室為(wèi)第一單位。該項研究得到國(guó)家自然科(kē)學(xué)基金、國(guó)家重點研發計劃項目的支持。

論文(wén)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52029-7

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