一種基於單組分構築的納米探針：活體比率型光聲成像新策略

氧化還原平衡對於維持體內各項生理活動的正常運行至關重要。谷胱甘肽作為一種體內廣泛存在的還原性物質，在調節體內氧化還原平衡過程中發揮了重要作用。因此，對谷胱甘肽進行精準的體內成像和感測對於我們了解相關的生理或病理活動以及開發新型的治療手段具有重要意義。目前醫學上常用的成像手段有熒光成像、磁共振成像和CT成像等，雖然它們都有各自的優勢，但缺點仍不可忽視。如，熒光成像雖然靈敏度較高，但空間解析度和成像深度較低，加上光的散射，因而不能很好地提供病灶部位的準確信息。

相比於傳統的成像模式，新近發展起來的光聲成像技術有效克服了以上問題。光聲成像的原理是基於光學激發和聲學檢測，因而具有很強的組織穿透能力，實現真正意義上的深層組織高解析度成像。雖然目前已有一些激活型光聲探針在成像和感測中的應用，但其檢測的靶標分子局限於一些氧化性物質，如次氯酸和過氧亞硝酸根等，而針對於還原性分子如谷胱甘肽，相應的激活型探針還很少報道。這主要是因為對於還原性刺激而產生近紅外吸收改變的探針在結構的設計上具有很大挑戰。

近期，南京郵電大學的范曲立教授研究團隊首次設計了一種基於花菁結構的單組分納米探針並成功應用於活體腫瘤內谷胱甘肽的比率型光聲成像。該探針結構中的雙硫鍵（S-S）首先被腫瘤部位高度表達的谷胱甘肽切斷而生成巰基（-SH），隨後，-SH進一步和結構中鄰近的仲胺發生交換，生成和原探針光學性質迥異的產物，在近紅外光區表現出比率型的光學響應性。同時，該探針可以有效區分其他硫醇，對谷胱甘肽表現出高度的特異選擇性。此外，和傳統的通過納米共沉澱法製備的多組分納米探針相比，該探針的單組分結構設計能夠有效克服光學分子的泄露問題，提高了納米結構的穩定性，為實現活體內精準成像提供了保證。裸鼠實驗表明，尾靜脈注射納米探針後，腫瘤及其周邊血管可以很清晰的呈現出來。隨著給葯時間的推移，680納米處的光聲信號緩慢增加，在1.5小時達到峰值；相比之下，820納米處的光聲信號隨著時間顯著增加，且於4小時達到最大。經計算，比率型光聲信號（ΔPA820/ΔPA680）同樣表現出了隨時間遞增的趨勢，且在4小時達到最高值，為0.5小時的2.94倍。該結果證明納米探針在腫瘤部位被成功激活，表現出了良好的比率型成像效果。

基於谷胱甘肽在腫瘤環境中的高濃度表達及其對雙硫鍵的高效響應性，該工作的設計思路可以進一步擴展到製備診療一體化的納米平台用於光聲成像實時監控並指導的藥物釋放和治療。

相關工作發表在Small上（DOI: 10.1002/smll.201703400），第一作者為南京郵電大學信息材料與納米技術研究院的博士生尹超和唐玉富。

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