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近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像:高信噪比雙成分造影劑協(xié)助腫瘤手術(shù)成像

瀏覽次數(shù):908 發(fā)布日期:2021-8-3  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
​在一些生物光學(xué)成像中,為了使特定器官或組織形成能夠分辨的圖像,往往會(huì)使用造影劑(Contrast Agent)。然而一般的造影劑在病灶部位聚集相對(duì)較少,反而在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(Reticuloendothelial System,RES,如肝臟、脾臟等)大量聚集,使成像存在較高的背景噪音,成像效果大打折扣甚至?xí)绊懺\斷的結(jié)果。通過納米粒子的高滲透長(zhǎng)滯留效應(yīng)(Enhanced Permeability and Retention,EPR)和體內(nèi)組裝雖然能夠一定程度上提升造影劑在腫瘤、炎癥部位的聚集,但網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中的濃度仍然較高。
 
在此背景下,Zhao等人創(chuàng)新性地使用鑭系元素上轉(zhuǎn)移納米粒子與近紅外二區(qū)(NIR-II)納米探針兩者在體內(nèi)的可控組裝與分解,在提高信噪比的同時(shí),延長(zhǎng)了其在腫瘤部位的滯留時(shí)間。為手術(shù)的實(shí)時(shí)成像提供更為清晰、可靠的方案。

該造影劑由兩部分組成:1、β-環(huán)糊精(β-CD)修飾的下轉(zhuǎn)移納米探針(DCNP@β-CD),能夠在808 nm的近紅外激發(fā)光照射下,產(chǎn)生1060 nm的近紅外二區(qū)(NIR-II)熒光,進(jìn)行生物成像;2、偶氮苯修飾的鑭系上轉(zhuǎn)移納米粒子(UCNP@Azo),能夠在980 nm的近紅外激發(fā)光照射下,產(chǎn)生365 nm的紫外發(fā)射光,使得修飾的偶氮苯發(fā)生異構(gòu)化,由較為穩(wěn)定的反式(trans-isomer)轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^高的順式(cis-isomer)。當(dāng)UCNP@Azo 以反式存在時(shí),能夠與DCNP@β-CD組裝,形成平均粒徑達(dá)485 nm的納米簇;而當(dāng)UCNP@Azo 以順式存在時(shí),無法與DCNP@β-CD形成穩(wěn)定結(jié)合,熒光強(qiáng)度大大降低。







 

圖1:UCNP@Azo與DCNP@β-CD的組裝(左)與分解(右)示意圖

在實(shí)際使用過程中,作者發(fā)現(xiàn)相對(duì)于將UCNP@Azo與DCNP@β-CD同時(shí)注射,先注射UCNP@Azo,過一段時(shí)間后再注射DCNP@β-CD得到的熒光強(qiáng)度更高。做系統(tǒng)性對(duì)比后得出結(jié)論,間隔時(shí)間為10 h時(shí),熒光強(qiáng)度達(dá)到最大。



圖2:在注射UCNP@Azo后10 h再注射DCNP@β-CD與同時(shí)注射兩種試劑得到的a)熒光強(qiáng)度對(duì)比;b)信噪比對(duì)比
 

同時(shí),可以對(duì)作為背景的器官以980 nm的紅外光進(jìn)行照射,降低該器官內(nèi)的熒光強(qiáng)度,從而提高信噪比。在文章中,作者也對(duì)何時(shí)照射980 nm近紅外光進(jìn)行了考察。以注射第二種制劑(DCNP@β-CD)為時(shí)間原點(diǎn),在固定兩種制劑的注射間隔為10 h后,分別在不同時(shí)間點(diǎn),甚至多個(gè)時(shí)間點(diǎn)和注射間隔期內(nèi)進(jìn)行980 nm的紅外光照射,發(fā)現(xiàn)在注射第一劑(UCNP@Azo)后9 h時(shí)進(jìn)行照射,將最大程度提高信噪比。



圖3:UCNP@Azo與DCNP@β-CD實(shí)際操作方式:注射UCNP@Azo、注射DCNP@β-CD并用980 nm近紅外光對(duì)作為背景的器官或組織進(jìn)行照射、用808 nm近紅外光成像



圖4:以注射第二種制劑(DCNP@β-CD)為時(shí)間原點(diǎn),在固定兩種制劑的注射間隔為10 h后,于不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行980 nm近紅外光照射得到的背景強(qiáng)度對(duì)比

 
在文章的最后,作者也描述了兩種成分的組合將延長(zhǎng)在機(jī)體內(nèi)的滯留時(shí)間,使得能夠進(jìn)行手術(shù)的高信噪比窗口達(dá)到了6 h。這無疑為手術(shù)成像提供了更多潛力,相信在不久的將來,這項(xiàng)技術(shù)能夠用于增強(qiáng)生物成像、治療或其他需要在腫瘤部位聚集大量造影劑的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn):
[1] Zhao M, Li B, Wang P, et al. Supramolecularly Engineered NIR‐II and Upconversion Nanoparticles In Vivo Assembly and Disassembly to Improve Bioimaging[J]. Advanced Materials, 2018, 30(52):1804982.
 
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