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法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)彭玲教授團(tuán)隊(duì) AM: 利用模塊化自組裝樹(shù)狀分子納米探針通過(guò)核磁共振或核磁共振/近紅外熒光成像檢測(cè)胰腺癌

2023-12-13 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：自組裝樹(shù)枝狀分子模塊化多模態(tài)成像造影劑核磁共振成像

癌癥仍然是一種難以治療的疾病，早期精準(zhǔn)診斷對(duì)于癌癥治療成功至關(guān)重要。尤其是胰腺癌, 一種高度惡性，發(fā)展迅速，難以早期診斷的腫瘤，至今尚無(wú)有效的治療方法。及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)早期微小病灶，盡早干預(yù)治療，是提高和改善胰腺癌預(yù)后的關(guān)鍵。非侵入性生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是檢測(cè)、定位和監(jiān)測(cè)腫瘤的重要工具。然而，生物影像學(xué)在檢測(cè)敏感性、特異性、準(zhǔn)確性以及成像探針對(duì)人體的安全性方面仍面臨挑戰(zhàn)。基于納米技術(shù)的影像探針有望能克服這些挑戰(zhàn), 因?yàn)榧{米探針能夠攜帶大量的成像單元并且同時(shí)容納不同的成像模式以用于多模態(tài)成像,服務(wù)于早期精準(zhǔn)的癌癥診斷。

法國(guó)艾克斯-馬賽大學(xué)彭玲教授在兩親性樹(shù)狀分子自組裝納米遞送材料深耕多年，在過(guò)往工作的基礎(chǔ)上（PNAS 2018, 115, 11454-11459; Chem. Comm. 2020, 56, 301-304; Small 2020, 16, 2003290; Acc. Chem. Res. 2020，53, 12, 2936; PNAS 2023, 120, e2220787120; PNAS 2023, 120, e2215308120），提出了一種利用兩親性樹(shù)枝狀分子的納米探針增敏核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近紅外熒光（NIRF）多模態(tài)成像用于胰腺癌診斷。該研究成果以“Modular self-assembling dendrimer nanosystems for magnetic resonance and multimodality imaging of tumors”為題發(fā)表于權(quán)威期刊Advanced Materials。

作者設(shè)計(jì)并合成了兩親性樹(shù)枝狀分子Gd-1 （圖1A）。Gd-1是由一個(gè)長(zhǎng)且疏水的烷基鏈和一個(gè)小而親水的PAMAM樹(shù)枝狀分子組成，其親水末端攜帶多個(gè)大環(huán)配體DOTA螯合順磁性釓（Gd³⁺），以保證Gd³⁺相對(duì)快速的水交換，用于構(gòu)建具有多價(jià)特性的核磁共振造影劑。因其兩親性, Gd-1在水中自發(fā)組裝形成納米膠束Gd-1@作為造影劑用于核磁共振成像（圖1B,上），而且其膠束內(nèi)核形成較大的疏水空間，可高效負(fù)載疏水性近紅外熒光染料DiR，構(gòu)成雙模態(tài)納米探針DiR/Gd-1@，用于核磁共振和近紅外熒光雙模態(tài)成像（圖1B，下）。這種雙模態(tài)成像綜合核磁共振成像高分辨率和熒光成像高靈敏度的優(yōu)點(diǎn)，可彌補(bǔ)單一成像的不足，精確提供更加精確、可靠和全面的診斷信息。

圖1 兩親性樹(shù)枝狀分子Gd-1（A）構(gòu)建自組裝樹(shù)枝狀分子納米系統(tǒng)Gd-1@和DiR/Gd-1@（B）用于核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近紅外熒光（NIRF）雙模態(tài)成像用于胰腺癌診斷。

值得一提的是，納米探針Gd-1@顯示出比臨床金標(biāo)準(zhǔn)Gd-DOTA更高的r₁弛豫性（圖2A）和更優(yōu)的腫瘤組織積累（圖2C,D）, 即便是在11.75 T超高磁場(chǎng)強(qiáng)度下。此外，在7.0T磁場(chǎng)下, 雙模態(tài)納米探針DiR/Gd-1@與Gd-1@相比，其 r₁弛豫性幾乎無(wú)顯著變化（圖2B），證明負(fù)載于疏水核心的熒光染料DiR與親水末端修飾的Gd/DOTA在空間位置上充分隔離，未對(duì)弛豫性產(chǎn)生明顯影響。更重要的是，即使DiR/Gd-1@用量降低至Gd-DOTA臨床標(biāo)準(zhǔn)劑量的1/4（DiR/Gd-1@-L）和1/10（DiR/Gd-1@-UL），其在胰腺癌小鼠體內(nèi)腫瘤組織內(nèi)的信號(hào)增強(qiáng)效果遠(yuǎn)勝于Gd-DOTA （圖2E）。使用較低的Gd劑量有利于降低Gd的潛在毒性，以便納米探針DiR/Gd-1@具有更好的安全性。同時(shí)，在近紅外熒光成像中，DiR/Gd-1@結(jié)果顯示出清晰的癌癥成像（圖2F）。本研究成果彰顯了兩親性樹(shù)狀分子Gd-1@和DiR/Gd-1@探針用于核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近紅外熒光（NIRF）雙模態(tài)成像的巨大潛力，展現(xiàn)出重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

圖2 納米造影劑Gd-1@和DiR/Gd-1@在胰腺癌小鼠體內(nèi)的核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近紅外熒光（NIRF）雙模態(tài)成像成像。（A）在11.75 T超高磁場(chǎng)強(qiáng)度下, Gd-1@顯示出比臨床金標(biāo)準(zhǔn)Gd-DOTA更高的r₁弛豫率。（B) 在7.00 T高磁場(chǎng)強(qiáng)度下,納米探針DiR/Gd-1@和Gd-1@展示出相似的r₁弛豫率。（C, D）靜脈注射Gd-1@納米膠束前（Ctrl）和靜脈注射后胰腺癌小鼠的核磁共振成像(C) 及其腫瘤與鄰近肌肉的信號(hào)強(qiáng)度比 (D)。（E，F）將DiR/Gd-1@注入尾靜脈后，對(duì)胰腺癌小鼠進(jìn)行核磁共振成像（E）和近紅外熒光（E）雙模態(tài)成像。作為臨床金標(biāo)準(zhǔn)的Gd-DOTA檢測(cè)不到腫瘤（E）.

總之，這項(xiàng)研究證明了自組裝樹(shù)枝分子納米系統(tǒng)在構(gòu)建模塊化和多模態(tài)成像造影劑方面的潛力，不僅適用于核磁共振成像（MRI），避免使用高劑量的商業(yè)釓基造影劑帶來(lái)潛在副作用的風(fēng)險(xiǎn)，也適用于核磁共振/近紅外熒光（NIRF）雙模態(tài)成像，結(jié)合二者成像系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一成像的不足，為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)提供了更完整的成像數(shù)據(jù)。該研究為創(chuàng)建用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的多模態(tài)顯像劑，提供了一個(gè)基于模塊化和自組裝樹(shù)形分子材料的重要且有潛力的納米技術(shù)平臺(tái)。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308262

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（責(zé)任編輯：xu）

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