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  炎癥與包括腫瘤在內(nèi)的眾多疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)。迅猛發(fā)展的納米技術(shù)為炎癥相關(guān)疾病的診斷和治療提供了新的思路、方法和工具。其中，基于納米探針的光學(xué)成像因其獨(dú)特的靈敏性和非侵襲性受到越來越多研究者的青睞。而傳統(tǒng)的光學(xué)成像納米探針由于受到外界激發(fā)光穿透能力以及生物降解等因素的影響，其在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和臨床兩方面的應(yīng)用依然面臨諸多挑戰(zhàn)。

  基于炎癥局部活性氧（ROS）異常升高以及中性粒細(xì)胞浸潤的特征，張建祥教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了集自發(fā)光成像與光動力治療于一體的髓過氧化物酶（MPO）/ROS響應(yīng)性納米粒。具體思路為，將發(fā)光基團(tuán)Luminol和親水性聚乙二醇（PEG）共價鍵合于光敏劑Ce6，形成兩親性共聚物CLP，通過其自組裝得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的納米粒。在激活中性粒細(xì)胞分泌的MPO催化下，炎癥局部富含的過氧化氫可生成具有超強(qiáng)氧化能力的次氯酸根，氧化Luminol發(fā)光，并可通過共振能量轉(zhuǎn)移（BRET）激發(fā)Ce6產(chǎn)生近紅外光。由于近紅外光的組織穿透能力強(qiáng)于Luminol本身的自發(fā)光，適宜于深層組織成像，可有效運(yùn)用于腹膜炎、急性肺損傷和結(jié)腸炎的成像診斷中。CLP納米粒的自發(fā)光強(qiáng)度與結(jié)腸炎相關(guān)指標(biāo)呈正相關(guān)，可用于炎癥疾病發(fā)展進(jìn)程的示蹤研究。另一方面，激活的光敏劑Ce6還伴隨有單線態(tài)氧的產(chǎn)生，可用于無需外界激發(fā)的原位光動力腫瘤治療。可以預(yù)見，這種基于ROS響應(yīng)性的自發(fā)光納米系統(tǒng)可以為炎癥性疾病的診斷和治療提供強(qiáng)有力的工具。

圖1. 自發(fā)光納米粒的構(gòu)造示意圖及表征。（A）兩親性共聚物CLP的設(shè)計(jì)示意圖；（B）兩親性共聚物CLP自組裝成納米粒的示意圖；（C）紫外吸收圖譜；（D）熒光圖譜；（E）CLP納米粒的透射電鏡圖及粒徑分布圖。

圖2. 體外BRET效果驗(yàn)證及CLP納米粒的自發(fā)光性能研究。(A)CLP，Ce6-PEG及Luminol的自發(fā)光圖譜；（B）Luminol的自發(fā)光圖譜和Ce6吸收圖譜的重合情況；（C）雙氧水濃度對CLP納米粒自發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光持續(xù)時間的影響；（D，E）不同氧化條件對CLP納米粒自發(fā)光強(qiáng)度的影響；（F，G）ROS清除劑Tempol及MPO抑制劑4-ABAH對CLP納米粒自發(fā)光強(qiáng)度的抑制效果；（H）體外對比Luminol和CLP納米粒的自發(fā)光穿透能力；（I）CLP納米粒對活化及非活化中性粒細(xì)胞自發(fā)光成像活能力對比；（J）CLP納米粒對活化中性粒細(xì)胞成像部位的考察。

圖3. CLP納米粒對小鼠炎癥模型的體內(nèi)自發(fā)光成像研究。(A)腹腔注射不同藥物后，腹膜炎模型鼠自發(fā)光成像研究；（B）靜脈注射不同藥物后，腹膜炎模型鼠自發(fā)光成像研究；（C）靜脈注射不同藥物后，急性肝損傷模型鼠的自發(fā)光成像研究；（D）直腸灌注不同藥物后，結(jié)腸炎模型鼠自發(fā)光成像研究；（E）離體結(jié)直腸體外自發(fā)光成像研究；（F）luminol及CLP納米粒給藥后，結(jié)腸炎模型鼠自發(fā)光成像持續(xù)時間研究.

圖4. CLP納米粒對結(jié)腸炎不同發(fā)展進(jìn)程的體內(nèi)自發(fā)光成像研究。(A，B)CLP納米粒對不同發(fā)展程度結(jié)腸炎自發(fā)光成像及統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（C-E）不同發(fā)展進(jìn)程結(jié)腸炎小鼠的疾病指數(shù)，MPO水平及H2O2水平定量研究；（F，G）不同發(fā)展進(jìn)程的結(jié)腸炎小鼠腸道組織中性粒細(xì)胞數(shù)目的流式分析及統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（H）自發(fā)光成像結(jié)果與疾病相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性研究；（I，J）不同發(fā)展進(jìn)程的結(jié)腸炎小鼠的直腸組織H&E切片及組織學(xué)活性指數(shù)評分。

圖5. CLP納米粒體內(nèi)外抗腫瘤活性研究。(A，B)CLP納米粒劑量及H2O2濃度對單線態(tài)氧產(chǎn)量的影響；（C）A549細(xì)胞對CLP納米粒內(nèi)吞的時間依賴性；（D）不同細(xì)胞與CLP納米粒共孵育24h后的IC50；（E）不同細(xì)胞與CLP納米粒共孵育后胞內(nèi)ROS變化；（F）IC50與ROS水平之間的相關(guān)性分析；（G-I）通過瘤內(nèi)給藥方式治療時的腫瘤生長曲線及治療第30天時的腫瘤照片，腫瘤重量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（J，K）通過瘤內(nèi)給藥方式治療30天后，腫瘤切片的TUNEL及PCNA染色；（L）瘤內(nèi)給藥方式治療30天后腫瘤組織的ROS變化；（M）A549移植瘤小鼠尾靜脈注射CLP納米粒7天后，腫瘤離體熒光成像照片及統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（N）通過尾靜脈給藥方式治療時的腫瘤生長曲線；（O）通過尾靜脈給藥方式治療30天后腫瘤切片的TUNEL染色。

圖6. CLP納米粒在A549細(xì)胞水平上的抗腫瘤機(jī)制研究。(A)CLP納米粒和A549細(xì)胞線粒體共定位研究；（B，C）CLP納米粒劑量與孵育時間對線粒體膜電位的影響；（D，E）A549細(xì)胞與CLP納米粒孵育24h后，caspase-3及cleaved caspase-3含量的WB檢測圖及定量結(jié)果；(F)凋亡細(xì)胞百分?jǐn)?shù)與cleaved caspase-3表達(dá)水平的相關(guān)性分析；（G，H）A549細(xì)胞與CLP納米粒孵育24 h后，caspase-8以及caspase-9含量的WB檢測圖。（I）CLP納米粒的抗腫瘤機(jī)制示意圖。

  該工作以A self-illuminating nanoparticle for inflammation imaging and cancer therapy為題發(fā)表在綜合性刊物Science Advances上。論文的第一作者為博士生徐曉秋和安會杰，通訊作者為張建祥教授。

  張建祥教授課題組長期從事炎癥相關(guān)疾病的成像與靶向治療研究，近兩年的成果還先后發(fā)表于Journal of the American College of Cardiology, 2018, 72(21): 2591-2605; Advanced Science, 2018, 5(10): 1800781; ACS Nano, 2018, 12(9): 8943-8960; Materials Today, 2017, 20(9): 493-500;Biomaterials, 2017, 143: 93-108;Materials Today, 2017, 20(6): 301-313; Nano Letters, 2017, 17(2): 1056-1064.

  論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaat2953