Advanced Healthcare Materials:氧化响应磁共振成像纳米探针可视化、特异性检测癌症光动力治疗中产生的单线态氧

单线态氧作为一种活性氧物质不仅在调节生理和病理过程中发挥了重要的作用,也是癌症光动力治疗中产生的首要毒性物质。为了阐明单线态氧在生命体系中的生物功能,近年来许多荧光和化学发光探针用于细胞和亚细胞中的单线态氧成像,包括光动力治疗中产生的单线态氧。然而,光子在穿越活体组织的过程中会发生强烈的散射造成低的组织穿透能力,限制了光学成像在体内的应用。 磁共振成像(MRI)具有无创、高空间分辨率、不受限制的组织穿透能力等特点,已经广泛用于体内活性氧物质的成像。然而,与光学探针相比,现有的响应性MRI探针对活性氧物质(ROS)成像的选择性较低。和正常细胞相比,癌细胞中通常含有较高浓度的各种ROS,目前还没有一种MRI探针能用于特异性、可视化检测癌症光动力治疗中产生的单线态氧。

武汉大学化学与分子科学学院黄世文教授课题组由两亲性聚合物mPEG2000-TK-C16制备了一种纳米胶束MRI探针Ce6/Fe3O4-M。不同于其他的氧化响应化学键,聚合物中含有的二硫代缩酮(TK)对生理和病理浓度范围的活性氧物质不敏感,只对光动力过程中产生的单线态氧表现出了高的反应活性。在660 nm激光照射下,聚合物胶束中的光敏剂Ce6和氧气产生单线态氧触发TK裂解,亲水链段PEG2000脱离,增加了残余粒子的疏水性,触发疏水性Fe3O4纳米粒子聚集。聚集后的Fe3O4纳米粒子增强了周围的水质子横向摩尔弛豫率。静脉注射Ce6/Fe3O4-M 2h后光照裸鼠皮下瘤,MRI结果发现,光照后1-34 h,肿瘤组织的相对T2值均显著低于非光照组。利用ICP-AES分析小鼠肿瘤组织中的Fe含量,发现光照组肿瘤部位的Fe含量略高于非光照组,表明光照组肿瘤部位增强的T2加权成像,一方面是由于光照产生的单线态氧触发纳米Fe3O4聚集造成的,另一方面也与聚集的纳米Fe3O4在肿瘤组织的滞留能力增强有关。

这种氧化响应性MRI探针不仅可用于可视成像体内光动力治疗产生的单线态氧,也可以定性地评估新的光敏剂在体内产生单线态氧的能力,进而预测光动力治疗的体内抗癌效果。相关论文在线发表于Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.202000533)。