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光声成像材料 | 肿瘤微环境激活的光声成像显影剂

发布日期:2022/7/15 13:12:45

在生物成像和光诊疗学领域,通过对材料的结构调整以控制其光学性质是探索新材料,发现新应用的重要且常见方式。贵金属就是其中较为主要的一类原料,但通常的贵金属材料存在两个明显缺点:一、激发波长通常落在可见光和近红外一区(NIR-I,700 – 1000 nm),这使得成像的深度降低,同时无法与组织发生明显的作用;二、该类材料通常不具备激活功能(即始终在线,Always-on),使得难以从成像中分辨目标和其他无关组织,同时可能会存在未知副反应。


在这样的背景下,作者Chunyu Zhou等人将目标放在更高信噪比、更大成像深度的近红外二区(NIR-II,1000 – 1700 nm),开发能够对肿瘤微环境进行响应的贵金属纳米材料。该材料以金纳米粒子(Gold nanoparticles,AuNPs)为主体(见图1),在乙醇和水的混合体系中使其形成纳米链(Nanochain)。之后引入四乙氧基硅烷(Tetraethyl orthosilicate,TEOS),水解后包裹金纳米链,形成核鞘结构(Core-sheath nanostructure,AuNCs@SiO2)。注射至小鼠体内后,因肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)中高H2O2水平触发邻近金纳米颗粒在AuNCs@SiO2的有限局部空间内融合,从而产生了具有强NIR-II吸收的串状结构。


图1:AuNCs@SiO2作用示意图

因AuNCs@SiO2具有TME激活特性,因此不容易受其他组织的影响,表现出优异的光声成像性能(图2)。


图2:正常组织与肿瘤组织的超声、光声成像对比


同时,AuNCs@SiO2在1064 nm处光热转换效率高达82.2%(图3),可导致癌细胞严重死亡,显著抑制肿瘤生长(图4、5、6)。


图3:AuNCs@SiO2与其他已报道的光热治疗试剂的转换效率对比:1) AuNCs@SiO2; 2) Au3Cu@PEG TPNCs; 3) Au-wires-on-AuNR; 4) Pt Spiral; 5) Cu2MnS2 NPs; 6) Nb2C (Mxene); 7) Cu3BiS3 NRs; 8) L-Pdots; 9) TBDOPV-DT NPs; 10) SPN-DT

图4:注射PBS和AuNCs@SiO2的荷4T1瘤小鼠光热红外热成像(1064 nm NIR-II激光,0.5 W/cm2

图5:注射PBS和AuNCs@SiO2后,肿瘤部位温度与照射时长的变化趋势


图6:接受相应治疗后的小鼠肿瘤大小对比(I:PBS;II:AuNCs@SiO2;III:PBS+Laser;IV:AuNCs@SiO2+Laser)



总结:作者成功合成出具有TME响应的、同时具有光声成像和光热治疗功能的二氧化硅包裹自组装金纳米链。通过TME中高浓度H2O2水,使金纳米粒子表面柠檬酸氧化,进而脱离纳米粒子表面,导致金纳米粒子融合,产生强NIR-II吸收。这一新型材料或许能够为准确非侵入性诊疗打开新的大门。


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往期回顾

● 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统

● 小鼠解剖应用笔记 —— 美国PhotoSound小动物全身3D光声/荧光成像系统

● 光声成像应用 | 探寻动脉粥样硬化斑块


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