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19F NMR/MRI在肿瘤靶向成像取得重要进展

  4月14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的研究成果,文章标题为《Intracellular Self-Assembly and Disassembly of 19F Nanoparticles Confer Respective “Off” and “On” 19F NMR/MRI Signals for

  Legumain Activity Detection in Zebrafish》。该文章报导了一种智能靶向Legumain(Lgmn)蛋白酶的19F磁共振探针的研制,并在构建有肿瘤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/nn5b00287)。

 

  Lgmn是一种属于半胱氨酸蛋白酶C13家族的天冬酰胺内肽酶。它和炎症性疾病如动脉粥样硬化、中风和癌症等密切相关。并且Lgmn过表达在大多数肿瘤中,包括乳腺肿瘤、结肠肿瘤、前列腺肿瘤以及中枢神经系统肿瘤中。尽管Lgmn与很多恶性肿瘤关联紧密,但基质衍生Lgmn的确切作用仍然得不到完整的定义。这就需要更加灵敏的和生物兼容的方法来检测体外和体内的Lgmn活性。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。但是19F MRI通常需要高剂量的探针来提供足够的信号,这就带来了剂量毒性的风险,并且需要耗费大量的化合物。因此发展出“智能”策略来降低探针剂量实现Lgmn靶向是十分必要的。

 

  

 

  

  梁高林教授课题组报道了两种可以特异性检测Lgmn活性的19F NMR/MRI探针Cys(StBu)-Ala-Ala-Asn-Lys(FMBA)-CBT(1)及Ac-Ala-Ala-Asn-Cys(StBu)-Lys(FMBA)-CBT(2)。其中Ala-Ala-Asn是Lgmn的酶切底物,如下图所示,当探针1进入细胞内,胞内GSH会还原Cys上的双硫键,Cys和CBT之间则缩合并自组装成纳米粒子,继而导致19F NMR信号峰展宽,信号强度减小。在Lgmn蛋白酶的作用下,组成纳米粒子的二聚体被剪切断开,纳米粒子解组装呈游离单体,19F NMR信号峰得以重新恢复。因此这种on-off-on的过程可以用于相继检测GSH的浓度和Lgmn的活性。而对照探针2进入细胞后,19F NMR的信号是个on-on-off过程。利用这个“智能”策略和探针1,在生命科学学院胡兵教授课题组以及中科院强磁场科学中心王俊峰研究员课题组的帮助下,研究人员实现了斑马鱼体内Lgmn肿瘤的靶向核磁共振成像,显示该策略在肿瘤成像上有着极大的应用前景。

 

  该论文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。

 

  该项目研究得到苏州纳米科技协同创新中心、合肥物质科学技术中心重要方向项目培育基金、国家自然科学基金(21375121,91127036,21175122,21372222)的资助。

 

  (化学与材料科学学院、科研部)

  附文章链接: http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.5b00287

 
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