法国艾克斯-马赛大学彭玲教授团队 AM: 利用模块化自组装树状分子纳米探针通过核磁共振或核磁共振/近红外荧光成像检测胰腺癌

2023-12-13 来源：高分子科技

癌症仍然是一种难以治疗的疾病，早期精准诊断对于癌症治疗成功至关重要。尤其是胰腺癌, 一种高度恶性，发展迅速，难以早期诊断的肿瘤，至今尚无有效的治疗方法。及时准确的发现早期微小病灶，尽早干预治疗，是提高和改善胰腺癌预后的关键。非侵入性生物医学成像技术是检测、定位和监测肿瘤的重要工具。然而，生物影像学在检测敏感性、特异性、准确性以及成像探针对人体的安全性方面仍面临挑战。基于纳米技术的影像探针有望能克服这些挑战, 因为纳米探针能够携带大量的成像单元并且同时容纳不同的成像模式以用于多模态成像,服务于早期精准的癌症诊断。

法国艾克斯-马赛大学彭玲教授在两亲性树状分子自组装纳米递送材料深耕多年，在过往工作的基础上（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），提出了一种利用两亲性树枝状分子的纳米探针增敏核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近红外荧光（NIRF）多模态成像用于胰腺癌诊断。该研究成果以“Modular self-assembling dendrimer nanosystems for magnetic resonance and multimodality imaging of tumors”为题发表于权威期刊Advanced Materials。

作者设计并合成了两亲性树枝状分子Gd-1 （图1A）。Gd-1是由一个长且疏水的烷基链和一个小而亲水的PAMAM树枝状分子组成，其亲水末端携带多个大环配体DOTA螯合顺磁性钆（Gd³⁺），以保证Gd³⁺相对快速的水交换，用于构建具有多价特性的核磁共振造影剂。因其两亲性, Gd-1在水中自发组装形成纳米胶束Gd-1@作为造影剂用于核磁共振成像（图1B,上），而且其胶束内核形成较大的疏水空间，可高效负载疏水性近红外荧光染料DiR，构成双模态纳米探针DiR/Gd-1@，用于核磁共振和近红外荧光双模态成像（图1B，下）。这种双模态成像综合核磁共振成像高分辨率和荧光成像高灵敏度的优点，可弥补单一成像的不足，精确提供更加精确、可靠和全面的诊断信息。

图1 两亲性树枝状分子Gd-1（A）构建自组装树枝状分子纳米系统Gd-1@和DiR/Gd-1@（B）用于核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近红外荧光（NIRF）双模态成像用于胰腺癌诊断。

值得一提的是，纳米探针Gd-1@显示出比临床金标准Gd-DOTA更高的r₁弛豫性（图2A）和更优的肿瘤组织积累（图2C,D）, 即便是在11.75 T超高磁场强度下。此外，在7.0T磁场下, 双模态纳米探针DiR/Gd-1@与Gd-1@相比，其 r₁弛豫性几乎无显著变化（图2B），证明负载于疏水核心的荧光染料DiR与亲水末端修饰的Gd/DOTA在空间位置上充分隔离，未对弛豫性产生明显影响。更重要的是，即使DiR/Gd-1@用量降低至Gd-DOTA临床标准剂量的1/4（DiR/Gd-1@-L）和1/10（DiR/Gd-1@-UL），其在胰腺癌小鼠体内肿瘤组织内的信号增强效果远胜于Gd-DOTA （图2E）。使用较低的Gd剂量有利于降低Gd的潜在毒性，以便纳米探针DiR/Gd-1@具有更好的安全性。同时，在近红外荧光成像中，DiR/Gd-1@结果显示出清晰的癌症成像（图2F）。本研究成果彰显了两亲性树状分子Gd-1@和DiR/Gd-1@探针用于核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近红外荧光（NIRF）双模态成像的巨大潜力，展现出重要的临床应用价值。

图2 纳米造影剂Gd-1@和DiR/Gd-1@在胰腺癌小鼠体内的核磁共振成像（MRI）或核磁共振/近红外荧光（NIRF）双模态成像成像。（A）在11.75 T超高磁场强度下, Gd-1@显示出比临床金标准Gd-DOTA更高的r₁弛豫率。（B) 在7.00 T高磁场强度下,纳米探针DiR/Gd-1@和Gd-1@展示出相似的r₁弛豫率。（C, D）静脉注射Gd-1@纳米胶束前（Ctrl）和静脉注射后胰腺癌小鼠的核磁共振成像(C) 及其肿瘤与邻近肌肉的信号强度比 (D)。（E，F）将DiR/Gd-1@注入尾静脉后，对胰腺癌小鼠进行核磁共振成像（E）和近红外荧光（E）双模态成像。作为临床金标准的Gd-DOTA检测不到肿瘤（E）.

总之，这项研究证明了自组装树枝分子纳米系统在构建模块化和多模态成像造影剂方面的潜力，不仅适用于核磁共振成像（MRI），避免使用高剂量的商业钆基造影剂带来潜在副作用的风险，也适用于核磁共振/近红外荧光（NIRF）双模态成像，结合二者成像系统优势，弥补单一成像的不足，为精准医学提供了更完整的成像数据。该研究为创建用于生物医学应用的多模态显像剂，提供了一个基于模块化和自组装树形分子材料的重要且有潜力的纳米技术平台。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308262

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（责任编辑：xu）

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