光声成像和光热治疗:基于共轭低聚体纳米颗粒的新型光声造影剂和光热材料

近年来,乳腺癌的发病率呈现逐年上升的趋势,引起了人们的广泛关注。其中乳腺癌的淋巴转移是导致患者死亡的主要因素。前哨淋巴结是癌细胞发生淋巴结转移和扩散所必经的第一站,因此前哨淋巴结活检术已经被广泛应用于乳腺外科领域。该技术可以通过切除和活检前哨淋巴结,来判断病理的阳性或阴性,并确定是否采取腋窝淋巴结清扫。而准确探测和定位前哨淋巴结是实施前哨淋巴结活检术的前提条件。目前,最常见的检测示踪方法包括亚甲基蓝染色法,核素探测法以及荧光检测法。亚甲基蓝染色法往往无法直接定位前哨淋巴结的准确位置,有时甚至需要手术介入来实现定位。核素探测法中运用的放射性元素,会对人体和环境造成潜在的威胁。荧光探测法是一种更安全和便捷的方法,然而有限的成像深度往往制约了它的定位准确度。

光声成像,一种无损和非电离式的新型生物医学成像技术,为探测和定位前哨淋巴结提供了一种新的解决方案。光声成像是通过脉冲激光照射生物组织进而诱发其产生超声信号来实现组织成像。得益于脉冲激光的高光谱选择性和超声信号的深穿透性,光声成像可以实现比激光共聚焦显微成像,双光子激发显微成像等纯光学成像技术更高的穿透深度,分辨率和对比度。生物体内的某些分子,如氧合血红蛋白,脱氧血红蛋白等分子能够有效地吸收脉冲激光来产生超声信号,因此可以作为内源性造影剂来实现血管组织成像。但对于缺乏内源性造影剂的组织,如前哨淋巴结,必须引入外源性造影剂来增强光声成像的质量。目前,金纳米颗粒,单壁碳纳米管等已经被用于前哨淋巴结的光声成像实验中,但这几类材料较低的生物相容性限制了它们在临床研究中的应用前景。

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最近,新加坡国立大学化工与生物分子学院刘斌课题组设计了一种基于共轭低聚体纳米颗粒的新型外源性光声造影剂,并成功实现了大鼠前哨淋巴结的实时光声成像。与之前报道的共轭高分子相比,该共轭低聚体具有近红外区域的吸收,其准确的分子结构确保了更好的可重复性和再现性。通过二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇封装形成的纳米颗粒具有良好的稳定性和生物相容性。该纳米颗粒展示了优秀的光声信号产生能力,并在大鼠前哨淋巴结的实时活体成像中呈现了良好的分辨率和成像深度。同时,该纳米颗粒在近红外区域的较大的摩尔吸光系数以及极弱的荧光发射,使其具有良好的光热转化效率。体外细胞实验证实了其能有效地杀灭癌细胞,展现了它在肿瘤光热治疗中的应用潜力。

我们相信,该共轭低聚体纳米颗粒不仅能实现临床应用中前哨淋巴结的光声实时成像,同时也可以用于光热治疗以防止肿瘤的淋巴转移,从而成为一种可以实现监测治疗多功能集于一体的新型肿瘤治疗探针。相关论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201600697)上。