石墨烯應用新發現——基於石墨烯/銀複合納米材料的高靈敏腎病診斷技術

疾病診斷是臨床治療成功與否的關鍵因素，常見的成像技術包括：核磁、超聲、X射線斷層掃描成像（CT成像）等。其中CT成像利用機體組織對X射線吸收的差異性，實現其對疾病的高靈敏性原位成像，此外許多新發展起來的成像如單光子/正電子、熒光、熱成像也需要聯合CT成像，才能實現疾病的精確診斷，因此CT成像在臨床診斷與治療中具有不可替代的重要性。然而，因為正常組織對X射線的低吸收，通過常規CT技術很難實現非骨骼組織的高分辨清晰成像。因此，在臨床中，病人需要使用CT影像增強劑以便提高CT成像對疾病組織的精確診斷，目前常見的CT影像增強劑為碘的化合物，然而化合物中的碘離子因為其對甲狀腺的高毒性以及快速藥物代謝等問題，給CT增強技術在疾病診斷中的應用與發展帶來了一定的限制。因此有必要開發一種高X射線吸收、高生物兼容性、低毒性的新型CT影像增強劑。

氧化石墨烯作為一種著名的二維材料，已被廣泛應用於疾病的治療與診斷研究中。然而，幾乎所有的研究都聚焦於其在淺層腫瘤疾病的診斷與治療中，很少關注非腫瘤疾病的應用研究。此外，鑒於腫瘤疾病的複雜性，短期內氧化石墨烯可能很難應用於臨床腫瘤疾病的診斷與治療。而許多非腫瘤組織的疾病，往往具有清楚的發病機理以及成熟的治療方案，因此研究氧化石墨烯在此類相關疾病的CT影像診斷將具有同樣重要的意義。然而氧化石墨烯作為一種碳材料，其對X射線具有較低的吸收，很難直接用於疾病的診斷中。因此，中國科學院蘭州化學物理研究所邱洪燈研究員課題組與蘭州大學放射化學研究所吳王鎖教授團隊合作，將銀納米顆粒複合到氧化石墨烯表面以提高X射線的吸收效果，同時將辛伐他汀作為納米毒性治療藥物與複合納米材料聯合使用，進而消除了氧化石墨烯/銀複合納米材料的體內毒性，從而將氧化石墨烯用於疾病的CT成像變為可能。

研究表明，靜脈注射氧化石墨烯/銀納米複合物後，其主要分布於肺、肝和腎組織中。通過CT成像研究表明，氧化石墨烯/銀納米複合物的特異性分布有效增強了X射線在相關組織的吸收，進而得到高質量的CT影像資料。此外，辛伐他汀藥物的使用既可消除納米毒性，又不影響石墨烯/銀納米複合物的組織CT成像效果。在辛伐他汀的作用下，石墨烯/銀納米複合物作為一種CT影像增強劑可長期安全的滯留於相關組織中，並實現了相關組織的長時間高質量清晰成像（~24 h）。重要的是，通過一系列的優化篩選，研究者發現超低劑量氧化石墨烯/銀納米複合物(≈0.5 mg per kg bw)的使用，即可實現腎臟的高質量長時間CT成像，這為其用於腎病的臨床診斷提供了可能。隨後，研究人員利用腎靜脈血管結紮技術成功了製備了右腎功能障礙模型鼠，並利用辛伐他汀與氧化石墨烯/銀複合納米材料的靜脈注射，通過CT成像可清晰地觀察到模型鼠體內右腎和左腎的圖像差異，實現了氧化石墨烯/銀複合納米材料對腎功能障礙疾病的診斷。

該研究為石墨烯在生物醫學領域的臨床應用提供了一條新思路，同時為CT增強成像領域提供了一項新技術。當然，如果真要讓氧化石墨烯/銀納米顆粒進入臨床的診斷與治療，為人類的安全與健康做出貢獻，還需要進行更多的研究。

相關結果發表在Advanced Healthcare Materials（DOI: 10.1002/adhm.201700413）上，論文第一作者為中科院蘭州化物所的李湛博士。

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