基于共轭聚合物的超小纳米颗粒在高灵敏癌细胞靶向荧光成像中的应用

具有高选择性和灵敏度的癌细胞靶向探针在肿瘤检测和治疗中起到至关重要的作用。荧光示踪技术作为一种安全、高效、具有高分辨率的手段已经成为不可或缺的成像平台。与荧光分子相比,荧光纳米颗粒表面所具有的靶向分子大大地提高了癌细胞和普通细胞之间的选择性。但是,基于现有手段合成的纳米颗粒尺寸一般偏大,这也带来了其不可避免的非特异性细胞内吞,大大地降低了纳米颗粒在细胞靶向中的特异性和灵敏度。科学实验表明,当纳米颗粒的尺寸控制在10 nm以下,纳米颗粒的非特异性内吞通道将被大大地限制,从而提高荧光纳米颗粒的特异性。但是,合成非常小的有机荧光纳米颗粒具有一定的挑战性。

共轭聚合物 (Conjugated Polymers (CPs))是一种新型的荧光材料。与传统小分子相比,共轭聚合物具有强光捕获性,高消光系数,良好的光稳定性,以及可调节的荧光波长。而基于共轭聚合物的纳米颗粒很好地继承了这些优点,并在生物成像中展现出非常优异的表现。但是,传统共轭聚合物纳米颗粒的较大尺寸极大地降低了它们在细胞靶向中的特异性和灵敏度。最近,新加坡国立大学化学和生物分子工程系的刘斌课题组报道了一种新的共轭聚合物纳米颗粒的合成方法来解决这一问题,并成功地应用于高特异性细胞靶向成像中。

Untitled以远红/近红外荧光的共轭聚合物为核, 用两亲性磷脂-聚乙二醇(DSPE-PEG)作为包覆共轭聚合物纳米颗粒的保护层外壳,在超声的帮助下,她们成功地研制出超小纳米颗粒。此超小共轭聚合物纳米颗粒的尺寸为6 nm (CPN6), 在水相溶液中具有非常好的稳定性。尺寸较大的共轭聚合物纳米颗粒 (直径为30 nm)(CPN30) 也被合成出来作为对照组。超小纳米颗粒的荧光量子效率高达43%,远远高于大尺寸纳米颗粒(25% for CPN30),从而大大提高了成像的清晰度和分辨率。在细胞荧光成像实验中, 两种尺寸大小的共轭聚合物纳米颗粒表现截然不同。随着细胞孵育时间的增加,大尺寸纳米颗粒的非特异性细胞内吞现象表现得越来越明显,而超小纳米颗粒并没有呈现显著的变化。由于其有效抑制非特异性细胞内吞的作用,cRGD多肽修饰的超小纳米颗粒可以有效地进入integrin蛋白过度表达的MDA-MB-231,但却不能进入低integrin蛋白标示的NIH-3T3正常细胞。这一优越的细胞靶向性和选择性也在含有MDA-MB-231癌细胞和NIH-3T3正常细胞的混合孵育实验中得到证实。动物活体实验还证明超小纳米颗粒可以很快地从动物体内清除。

此项研究不仅证明了纳米颗粒大小对荧光以及其它物理性能的影响,也说明了纳米颗粒大小在细胞内吞和靶向作用中扮演至关重要的角色。这种合成超小纳米颗粒的方法将会为新的癌症检测和诊疗打开新的窗户和提供更多的思路。相关论文发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201600407)

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