WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology:响应型聚合物光学探针用于肿瘤荧光和光声造影

肿瘤的早期诊断对于提高对肿瘤的预查能力,改善治疗效果,增加患者的生存率具有重要意义。分子影像技术为肿瘤的早期诊断提供了新的思路和发展空间。近红外光学探针有较好的成像穿透性,可用于诊断肿瘤,监测肿瘤治疗进程,近年来在生物医学领域受到了广泛的关注。比如吲哚菁绿(indocyanine green, ICG)是一种花菁类染料,已获得美国食品药品监督管理局(US Food and Drug Administration, FDA)的批准,可以用于对人体疾病诊断。然而,随着现代医学的发展,传统的光学探针不能完全满足现代医学对日益增长的肿瘤早期诊断的需求,例如传统的有机小分子光学探针抵抗光漂白能力差,容易产生荧光淬灭。同时,有机小分子光学探针的水溶性比较差,在体内循环时间短,组织背景信号也会产生一定的干扰,导致信噪比较低。聚合物聚乙二醇(Polyethylene glycol, PEG)通过化学方法偶联到蛋白多肽、小分子药物或者脂质体上,可以提高小分子药物、蛋白质药物等的药效,目前已有多种PEG化的药物被FDA批准用于临床应用,这为聚合物修饰光学探针应用于临床指明了研究方向。使用聚合物修饰光学探针,可以在光学探针周围形成亲水层,改善光学探针的水溶性,同时降低血液蛋白对光学探针的非特异性吸附,减少免疫系统中的巨噬细胞对光学探针的清除,从而达到使光学探针长时间在血液中循环的目的。另外,与活体正常组织和器官相比,肿瘤微环境具有其独特的微环境,基于肿瘤微环境特异性响应的聚合物光学探针可以进一步地提高肿瘤早期诊断的灵敏性和特异性。

近日,南京大学化学化工学院高分子科学与工程系蒋锡群教授和甄叙副教授系统评述了肿瘤微环境响应型聚合物光学探针用于肿瘤荧光和光声造影的研究的最新进展。该论文首先总结了聚合物修饰光学探针的各种策略,根据聚合物修饰光学探针的方式,作者将聚合物光学探针分为三类:第一种是亲水性聚合物通过共价键与光学探针相结合形成大分子光学探针,亲水性聚合物被用于改善光学探针的水溶性;第二种是两亲性聚合物通过纳米沉淀的方式包裹光学探针形成水溶性和生物相容性较好的纳米材料;第三种是自组装的聚合物光学纳米探针。肿瘤微环境普遍呈现如微酸化环境,富含各种活性氧自由基,乏氧,以及过表达某些特异性酶标志物等特征。作者从具体的肿瘤微环境标志物层面详细讨论了聚合物光学探针特异性识别具体的肿瘤微环境标志物,产生光学信号的机理,并且从小动物活体成像层面详细评述了聚合物光学探针通过与肿瘤微环境相互作用,原位点亮聚合物光学探针的荧光或光声信号,应用在活体肿瘤诊断上的研究进展。

作者进一步的展望了聚合物光学探针扩展到临床应用之前亟待解决的问题以及未来可能的发展方向:大多数聚合物光学探针由于其较大的尺寸而通过肝胆代谢从体内清除,与相应的小分子光学探针相比,聚合物光学探针在体内的滞留时间更长,其在体内的长期生物安全性需要进一步监测;不同类型的肿瘤微环境也存在着差异,这对聚合物光学探针的灵敏度和特异性提出了更高的要求。因此,设计可生物降解、能够快速从体内代谢以及更高的灵敏度和特异性的聚合物光学探针可能是肿瘤诊断未来发展的新方向。

相关文章以“Polymer-based activatable optical probes for tumor fluorescence and photoacoustic imaging”为题,发表在WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology (DOI:10.1002/wnan.1593)上,文章第一作者为南京大学化学化工学院甄叙副教授,通讯作者为蒋锡群教授。