【参赛作品】新型双模式影像技术成功实现抗癌药物释放过程的可视化监控

临床化疗过程中,无法准确地获取病灶部位实际药物含量信息是医生所面临最棘手的问题之一。根据此信息,医生将有可能及时调整治疗方案以实现个性化治疗。近期,中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林研究员和步文博研究员带领的研究小组报道了一种新型纳米探针,以实时监控化疗药物从载体中释放的动态过程,为后续在临床化疗中监控药物释放研究提供了新的思路。该工作近日发表于国际著名学术期刊德国应用化学Angew. Chem. Int. Edit. 2014, 53, 4551-4555)。

荧光定量法是监控药物释放最广泛采用的方法。其原理是发光载体结合能吸收载体发光的特定药物,形成荧光共振能量转移体系(FRET)。随着抗癌药物的释放,FRET效应减弱,导致体系荧光强度逐渐增强,因此,可根据发光强度的变化推测抗癌药物的实际释放量。但该传统方法存在两大缺陷:首先,激发光源一般为紫外或可见光,活体组织穿透深度有限,并具有潜在光毒性;其次,该方法具有局限性,仅适用于具有特定吸收光波长的药物,而对其它药物则无效。

为了解决以上问题,该研究小组在稀土功能材料用于近红外光控药物释放的前期工作基础上(Angew. Chem. Int. Edit. 2013, 52, 4375-4379),进一步设计和制备了具有上转换发光颗粒/空腔介孔氧化硅核壳结构(UCNP@hmSiO2)的多功能纳米探针,成功实现了上转换发光(UCL)和磁共振(MRI)两种成像模式同时监控抗癌药物的定量释放。稀土上转换发光材料UCNP因其可用近红外光激发,且发射光从紫外至近红外波段可调,备受研究人员关注。该小组将其(供体)和抗癌药物阿霉素(受体)结合形成发光共振能量转移体系(LRET),从而可在近红外光激发下,通过检测体系的UCL发光强度变化以推测抗癌药物的实际释放量。相比于传统紫外光和可见光激发,这种近红外光激发的探针显著提高了活体组织的穿透深度。

然而,单一的发光监控模式虽然灵敏度高,但其组织空间分辨率较低,不适合在活体中复杂肿瘤环境下实现药物的精确定位与监控。MRI影像模式的组织空间分辨率较高,且不受穿透深度的限制,可以弥补单一发光成像模式的缺点。因此,他们进一步开发了MRI模式监控抗癌药物的定量释放。借助于精巧的探针结构设计,使其MRI影像信号强度与探针担载抗癌药物量精确关联,只需检测MRI信号强度即可准确计算出抗癌药物的实际释放量。值得提出的是,这种MRI监控模式具有普适性,不受药物种类的限制。

UCL和MRI两种监控模式因其各自成像优势,分别适合细胞水平和活体水平的药物控释的实时定量监控。总之,MRI/UCL双模式成像同时监控抗癌药物的释放,将显著提高监控效果。该研究为进一步发展能用于医学临床肿瘤化疗中实时监控药物释放的纳米探针提供了新的思路和方法。

选材出处:Real-Time In Vivo Quantitative Monitoring of Drug Release by Dual-Mode Magnetic Resonance and Upconverted Luminescence Imaging