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智能19F MRI纳米探针的研究取得重要进展

  2014年12月29日,国际著名学术期刊《ACS Nano》在线发表了中国科学技术大学化学与材料科学学院梁高林教授课题组、强磁场科学中心王俊峰课题组和生命科学学院胡兵教授课题组的合作研究成果,文章标题为《Controlled Intracellular Self-Assembly and Disassembly of 19F Nanoparticles for MR Imaging of Caspase 3/7 in Zebrafish》。该文章报导了一种新型、智能、靶向的19F磁共振造影剂的研制,并在构建有凋亡模型的斑马鱼上验证了其优异的靶向成像效果(ACS Nano, DOI: 10.1021/nn5062657)。

  

  19F在体内极低的背景信号使得19F MRI具有很高的灵敏度和特异性,而核磁成像技术的强穿透性及无损等优点也使得19F MRI的研究得到越来越多的关注。人们希望能够发展出高效灵敏,准确无害的临床19F MRI手段以早期诊断病症及监测病症的治疗效果。但也正是由于19F在体内的含量极低,好的成像效果通常需要高剂量的19F MRI探针来提供足够的信号。这就增加了检测过程中的毒性,并需要耗费大量的化合物。因此发展出“智能的”策略来降低化合物剂量却能得到靶向部位的高的19F局部浓度是十分有必要的。

  

  

  梁高林教授课题组首次提出了利用生物兼容性良好的小分子自发在体内组装,然后在目标位置靶向解组装产生19F NMR/MRI信号的策略。利用这种策略,不但大大提高了19FNMR/MRI信号的强度,灵敏度和准确性,而且降低了19F探针所需剂量。这将会为19F NMR/MRI领域的发展提供一个崭新的方向。该策略利用梁高林博士发展出的一个独特的缩合反应平台(Nat. Chem. 2010, 2: 54-60),设计出一种智能19F NMR/MRI探针。该探针在胞内还原氛围下会引发分子间的缩合反应形成二聚体,二聚体堆积自组装生成的19F 纳米粒子引发19F NMR/MRI信号的关闭,然后在凋亡细胞中高表达酶Casp3的剪切下,纳米粒子解组装,同时19F NMR/MRI信号也会被打开。这个19F信号“关-开”的过程可以用来依次检测体内外的谷胱甘肽和的Casp3的活性(见下图)。该策略已经成功应用于细胞及凋亡斑马鱼的体内Casp3成像,也将会在肿瘤的疗效诊断上有着极大的应用前景。

  

  

  

  

  

  

  

  

  该论文共同第一作者为中国科学技术大学化学与材料科学学院博士生袁月、强磁场科学中心副研究员孙红宾和中国科学技术大学生命科学学院博士生葛舒超。

  

  

  该项目研究得到苏州纳米科技协同创新中心、国家自然科学基金(21375121, 91127036, U1332142, 21103199, U1332136)和校重要方向项目培育基金(WK2060190018)的资助。

  

  

  

  (化学与材料科学学院、科研部)

  

  附文章链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn5062657

 
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