納米酶催化腫瘤光聲成像研究獲進(jìn)展

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來(lái)源：生物物理所

2019-01-04

12月12日，Nano Letters 雜志在線發(fā)表了類外泌體納米酶小體催化腫瘤光聲成像的最新研究成果。研究人員首次利用納米酶的酶學(xué)催化特性，實(shí)現(xiàn)了鼻咽癌移植瘤的光聲成像。

光聲成像結(jié)合了純光學(xué)成像的高對(duì)比度和純超聲成像的高穿透深度優(yōu)點(diǎn)，能夠提供高對(duì)比度和高分辨率的組織成像，是目前非常有應(yīng)用前景的一種成像模式。光聲成像造影劑是決定光聲成像性能的關(guān)鍵，它通過(guò)改變病灶組織的光學(xué)和聲學(xué)特性，提高成像對(duì)比度和分辨率，成為當(dāng)前生物影像學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，光聲成像應(yīng)用的難點(diǎn)在于設(shè)計(jì)在腫瘤部位發(fā)生的響應(yīng)型光聲成像反應(yīng)體系。

利用腫瘤微環(huán)境的特征是設(shè)計(jì)腫瘤響應(yīng)型反應(yīng)體系的關(guān)鍵。腫瘤代謝具有與正常組織不同的特征，例如，腫瘤區(qū)域呈弱酸性，腫瘤細(xì)胞會(huì)積累大量的H2O2。研究人員針對(duì)腫瘤微環(huán)境的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成了具有高催化活性的石墨烯量子點(diǎn)納米酶，將底物連氮二銨鹽（ABTS）自組裝到納米酶上。為了使納米酶-底物復(fù)合體獲得鼻咽癌靶向性，延長(zhǎng)納米酶在體內(nèi)的血液循環(huán)時(shí)間，設(shè)計(jì)了葉酸修飾的紅細(xì)胞膜，將納米酶-底物復(fù)合體包裹于膜內(nèi)，創(chuàng)制出類外泌體納米酶小體。進(jìn)入血液循環(huán)的類外泌體納米酶小體在外膜的導(dǎo)向下，最終定位并進(jìn)入腫瘤部位，并釋放納米酶及其底物。腫瘤部位弱酸性環(huán)境和高濃度的H2O2觸發(fā)納米酶活性，高效催化其底物ABTS轉(zhuǎn)化成氧化型ABTS。后者具有很強(qiáng)的近紅外光吸收能力，吸收光能后釋放熱能導(dǎo)致腫瘤組織局部溫度升高，從而導(dǎo)致熱膨脹而發(fā)出壓力波，產(chǎn)生光聲信號(hào)。通過(guò)探測(cè)光聲信號(hào)能重建出組織中的光吸收分布圖像，實(shí)現(xiàn)腫瘤的光聲成像診斷。該研究為腫瘤部位響應(yīng)型光聲成像設(shè)計(jì)提供了一個(gè)實(shí)例，為鼻咽癌的診斷提供了一種新思路和新技術(shù)。

該研究由中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所閻錫蘊(yùn)課題組與深圳市第二人民醫(yī)院聶國(guó)輝課題組合作完成。其中，生物物理所副研究員范克龍、研究員閻錫蘊(yùn)，深圳市第二人民醫(yī)院教授聶國(guó)輝為該論文的共同通訊作者，生物物理所與深圳市第二人民醫(yī)院聯(lián)合培養(yǎng)的博士后丁輝為論文第一作者。該研究獲得深圳市三名工程項(xiàng)目、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、青年人才托舉工程等的資助。

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