Advanced Healthcare Materials: 变废为宝:利用ACQ探针准确监测体内的纳米粒

纳米药物粒子的体内实时监测是困扰纳米药物领域多年的难题。部分无机刚性粒子尚可以通过适宜的手段进行监测与分析,但有机可降解粒子的实时监测却面临莫大挑战。荧光或放射探针常用来标记纳米粒,然而传统探针存在固有的缺陷–游离探针与纳米粒信号相同,伴随着纳米粒的逐步降解,探针被释放,但依然发射信号,事实上我们观察到的信号包含游离探针和整体粒子的信号,无法区分,监测并不准确。因此,极易造成对结果与作用机制的误判。

复旦大学药学院吴伟教授和赵伟利教授联合团队发明了一类具有灵敏的水淬灭特性的近红外荧光探针,实现了对纳米粒的体内实时准确监测。该类探针具有BODIPY或aza-BODIPY平面结构,呈强疏水性,量子产率高,化学与光学性质稳定,具有聚集导致淬灭(aggregation-caused quenching, ACQ)效应,即分子间通过p-p堆叠聚集而导致荧光完全消失。在生物发光领域,ACQ往往被认为是不利的。然而,该团队恰恰是利用ACQ探针标记纳米粒,实现了对纳米粒的整体识别和体内实时监测。其原理如下:ACQ探针分子在分散状态下(溶解在有机溶剂)发光,遇水则迅疾聚集而致荧光完全淬灭;同理,把该类探针包埋于纳米粒也会发光,随着纳米粒的降解,探针释放,遇水荧光立刻完全淬灭。因此,观察到的荧光信号即代表纳米粒,游离探针的信号可以被完全消除。由于机体内水环境无处不在,通过捕捉荧光信号,可以实现对整个机体内纳米粒转运过程的实时准确监测。

采用ACQ探针,借助小动物活体成像和激光共聚焦显微技术,揭示了聚已内酯(PCL)纳米粒经口服后的体内命运。研究发现50和200 nm的PCL粒子能够以完整形式经小肠上皮吸收,并主要分布于肝脏,而600 和2000 nm的PCL粒子未见明显吸收;淋巴转运是50和200 nm纳米粒吸收的主要途径,粒子吸收百分率分别为2.39% 和 0.98%;Caco-2细胞实验证实了纳米粒的细胞摄取和转运具有粒径依赖性,50 nm纳米粒可经由肠上皮细胞和M细胞介导的跨胞作用被吸收,而大粒径纳米粒以M细胞途径为主。相关工作以“Bioimaging of Intact Polycaprolactone Nanoparticles Using Aggregation-Caused Quenching Probes: Size-Dependent Translocation via Oral Delivery”为题,发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201800711)上,通讯作者为复旦大学药学院卢懿副教授,第一作者为何海生和谢允昌博士。

该方向的研究开篇之作发表于Nanomedicine: NBM (2015, 11: 1939),随文刊发的编辑评论认定该工作中发现了荧光探针的新用途,并对其应用前景进行了肯定。据此,建立了基于ACQ探针的纳米粒体内整体识别与实时准确监测平台,核心技术与学术思想已拓展应用于多种药物载体,如脂质纳米粒、纳米结晶、聚合物纳米粒、聚合物胶束、纳米乳等载体等,以及多种给药途径,如口服、静注、透皮、眼部、经鼻等。系列工作发表于ACS Appl Mater Interfaces (2017, 9:21660), J Control Release (2018, 270:65), J Mater Chem B (2016, 4, 4040; 2016, 4: 2864), Mol Pharm (2016, 13: 4013), Nanoscale (2018, 10: 436; 2017, 9: 1174; 2016, 8: 7024), Nanoscale Horiz (2018, 3: 397), Nanomedicine: NBM (2017, 13: 2643)等期刊。