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法國艾克斯-馬賽大學彭玲教授團隊 AM: 利用模塊化自組裝樹狀分子納米探針通過核磁共振或核磁共振/近紅外熒光成像檢測胰腺癌

2023-12-13 來源：高分子科技

癌癥仍然是一種難以治療的疾病，早期精準診斷對于癌癥治療成功至關重要。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，至今尚無有效的治療方法。及時準確的發(fā)現(xiàn)早期微小病灶，盡早干預治療，是提高和改善胰腺癌預后的關鍵。非侵入性生物醫(yī)學成像技術是檢測、定位和監(jiān)測腫瘤的重要工具。然而，生物影像學在檢測敏感性、特異性、準確性以及成像探針對人體的安全性方面仍面臨挑戰(zhàn)。基于納米技術的影像探針有望能克服這些挑戰(zhàn), 因為納米探針能夠攜帶大量的成像單元并且同時容納不同的成像模式以用于多模態(tài)成像,服務于早期精準的癌癥診斷。

法國艾克斯-馬賽大學彭玲教授在兩親性樹狀分子自組裝納米遞送材料深耕多年，在過往工作的基礎上（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)表于權威期刊Advanced Materials。

作者設計并合成了兩親性樹枝狀分子Gd-1 （圖1A）。Gd-1是由一個長且疏水的烷基鏈和一個小而親水的PAMAM樹枝狀分子組成，其親水末端攜帶多個大環(huán)配體DOTA螯合順磁性釓（Gd³⁺），以保證Gd³⁺相對快速的水交換，用于構建具有多價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），而且其膠束內核形成較大的疏水空間，可高效負載疏水性近紅外熒光染料DiR，構成雙模態(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，可彌補單一成像的不足，精確提供更加精確、可靠和全面的診斷信息。

圖1 兩親性樹枝狀分子Gd-1（A）構建自組裝樹枝狀分子納米系統(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@顯示出比臨床金標準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超高磁場強度下。此外，在7.0T磁場下, 雙模態(tài)納米探針DiR/Gd-1@與Gd-1@相比，其 r₁弛豫性幾乎無顯著變化（圖2B），證明負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臨床標準劑量的1/4（DiR/Gd-1@-L）和1/10（DiR/Gd-1@-UL），其在胰腺癌小鼠體內腫瘤組織內的信號增強效果遠勝于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，在近紅外熒光成像中，DiR/Gd-1@結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)出重要的臨床應用價值。

圖2 納米造影劑Gd-1@和DiR/Gd-1@在胰腺癌小鼠體內的核磁共振成像（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超高磁場強度下, Gd-1@顯示出比臨床金標準Gd-DOTA更高的r₁弛豫率。（B) 在7.00 T高磁場強度下,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強度比 (D)。（E，F）將DiR/Gd-1@注入尾靜脈后，對胰腺癌小鼠進行核磁共振成像（E）和近紅外熒光（E）雙模態(tài)成像。作為臨床金標準的Gd-DOTA檢測不到腫瘤（E）.

總之，這項研究證明了自組裝樹枝分子納米系統(tǒng)在構建模塊化和多模態(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)釓基造影劑帶來潛在副作用的風險，也適用于核磁共振/近紅外熒光（NIRF）雙模態(tài)成像，結合二者成像系統(tǒng)優(yōu)勢，彌補單一成像的不足，為精準醫(yī)學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)學應用的多模態(tài)顯像劑，提供了一個基于模塊化和自組裝樹形分子材料的重要且有潛力的納米技術平臺。

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

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（責任編輯：xu）

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