Small:多层次纳米平台通过NIR-II荧光/PET双模态成像实现肿瘤诊断和影像引导的手术

近红外荧光成像作为一种无创、无电离的成像技术,近二十年来一直受到人们的关注。与常规的近红外一区(700-900 nm,NIR-I)荧光成像相比,最近发展的近红外二区(1000-1700 nm,NIR-II)荧光成像可以产生更高的信噪比、更好的时空分辨率、更深的组织穿透能力。所以NIR-II荧光成像被广泛应用于肿瘤检测、炎症成像、血管和淋巴管成像、药物毒性监测、图像引导手术等方面。特别是其高分辨的术中实时成像能力,在肿瘤诊断和图像引导切除中显示出巨大的应用潜力。尽管NIR-II荧光成像技术有了长足的发展,但是光学成像的穿透深度仍然有限,且缺乏定量能力。这限制了NIR-II荧光成像技术的进一步应用。相比之下,正电子发射断层成像(PET)具有高组织穿透深度、高灵敏度、定量效果,可以消除上述NIR-II荧光成像在诊断和治疗中的缺陷。然而,PET成像也有自身的缺点,如空间分辨率低、耗时长、术中应用困难。这些缺点可能通过NIR-II荧光成像来克服。因此,研制一种能同时用于PET和NIR-II荧光成像的双模态探针,可以结合这两种成像方式的优点并弥补各自不足,将对肿瘤诊断和图像引导手术具有重大意义。

美国斯坦福大学分子影像中心的程震教授、南京医科大学的张青博士和合作者,运用自下而上的策略,集成了多层次仿生纳米材料,如黑色素点(Mdot)、介孔二氧化硅纳米粒(MSN)、支持的脂质双层(SLB),搭建了一种杂化纳米平台(Mdot-MSN-SLB)。此平台能方便的负载放射性核素64Cu2+以及NIR-II染料CH-4T,从而构建出NIR-II/PET双模态成像探针。该探针能灵敏的诊断肿瘤并且准确的指导肿瘤手术切除。相关结果以“Hierarchically Nanostructured Hybrid Platform for Tumor Delineation and Image‐Guided Surgery via NIR‐II Fluorescence and PET Bimodal Imaging”为题,发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201903382)上。

研究者用延迟共凝聚法制备了带正电荷的单分散MSN,作为模板和载体。通过静电作用将约5 nm的Mdot负载到MSN表面,得到MSN-Mdot。由于Mdot的配位作用,放射性核素64Cu2+被方便的装载于Mdot上,形成纳米复合物MSN-Mdot/64Cu2+。为了防止Mdot和64Cu2+的提早释放和泄漏,用聚乙二醇化的SLB包裹纳米复合物,得到SLB-MSN-Mdot/64Cu2+。最后,小分子染料CH-4T插入到SLB中形成双模态纳米探针CH-4T/SLB-MSN-Mdot/64Cu2+。所制备的纳米探针具有大小均匀可调、负载封装高效、稳定性高、分散性好、生物相容性高等优点。同时,将CH-4T掺入纳米颗粒后,染料荧光强度提高4.27倍,从而得到更加明亮的体外和在体NIR-II影像。得益于荧光增强,该探针被用于体内NIR-II荧光成像,实现肿瘤的勾勒和切除。此外,该探针可开展PET成像,实现肿瘤检测与发现。总之,这种NIR-II/PET双模态纳米探针对开展术前灵敏的肿瘤诊断和术中精确的图像引导手术具有很高的潜力。