功能化纳米对比剂用于分子影像的应用研究-文献详情-维普官网

文献检索

任意字段

文献信息

任意字段
主题词
篇关摘
篇名
关键词
摘要
作者
第一作者
作者单位
刊名
中图分类号
学科分类号
DOI
基金

智能检索

高级检索

检索历史

功能化纳米对比剂用于分子影像的应用研究认领

作者：

吕姝昕

学位授予单位：

山西医科大学

摘要：

目的: 纳米材料作为新型造影剂凭借其小尺寸、高比表面积和易修饰等特性在生物成像等领域发挥着重要作用。其中,纳米对比剂的功能化修饰是实现高靶向性生物成像的关键。本研究旨在探究功能化纳米对比剂的不同构建策略及其在分子影像领域的应用,以深入了解其在疾病诊断和监测中的潜在作用。通过对比剂的表面功能化修饰,提高其靶向性和生物相容性,从而改善成像效果,为生物医学成像提供更为精准和灵敏的工具。传统纳米对比剂由于较低的靶向效率和高毒性水平,限制了其的进一步发展。在没有任何靶向分子附着的情况下,这些纳米颗粒通常表现出全身的非特异性分布,很难根据特定病变或组织的生物学差异进行优化,可能对生物体产生不必要的影响,严重限制了其应用场景。功能化对比剂的开发旨在增强探针的成像性能并显著提升纳米颗粒的靶向性,以进一步提高图像对比度。在第一部分内容中,首先讨论了基于生物膜修饰的仿生纳米技术,与传统的功能化策略相比,细胞膜修饰提供了一种创建多功能纳米探针的简易手段,是十分有潜力的纳米颗粒功能化修饰方式。肿瘤源性细胞外囊泡是一类来源于肿瘤细胞的天然囊泡,其膜结构与肿瘤细胞相似,具有良好的同源肿瘤细胞归巢能力,可被开发作为优良的纳米递送载体。黑色素作为一种内源性生物聚合物,具有天然的生物相容性和可降解性,通过对其进行修饰可实现多种成像功能。因此,本部分中拟用肿瘤源性细胞外囊泡对黑色素纳米颗粒进行修饰,赋予该纳米对比剂良好的肿瘤靶向能力,以实现高生物安全性的肿瘤靶向多模态成像。在第二部分中将着重聚焦于小分子有机对比剂的靶向性修饰合成和脑胶质瘤成像应用。脑胶质瘤因其所处位置较深且有颅骨和头皮的覆盖,对传统光学成像提出了挑战。与常规可见光相比,生物组织在NIR-Ⅱ窗口中的消光系数显著降低,表现出较弱的光子散射、吸收和自发荧光。因此,NIR-Ⅱ生物成像具有更深的组织穿透深度、更高的对比度和分辨率。在本部分中拟设计一种具有脑胶质瘤靶向能力的NIR-Ⅱ光学成像探针,来实现原位脑胶质瘤的NIR-Ⅱ荧光和光声的双模态分子成像。方法: 第一部分:基于黑色素纳米囊泡的多模态分子成像 1.1 TDMVs+MNP-Gd的制备和表征:制备螯合了钆离子的黑色素纳米颗粒（MNP-Gd）,并在最优条件下分离提纯得到肿瘤细胞外囊泡（TDMVs）后,将两者共孵育得到TDMVs+MNP-Gd。分别完成对MNP-Gd、TDMVs和TDMVs+MNP-Gd的物理特性、稳定性和光学成像能力的表征。 1.2 TDMVs+MNP-Gd的体外实验:通过细胞毒性实验来评价纳米对比剂的体外生物安全性,并在体外对其光声成像能力和MR成像能力进行验证。 1.3 TDMVs+MNP-Gd的体内成像实验:建立小鼠肝癌皮下瘤模型,尾静脉注射TDMVs+MNP-Gd纳米探针后在不同时间点进行MR和光声扫描,分析该探针的肿瘤成像情况。 1.4 TDMVs+MNP-Gd的体内生物分布评价:分别在不同时间点收集尾静脉注射TDMVs+MNP-Gd纳米探针后的小鼠脏器,采集各主要脏器的光声信号,并使用ICP-MS对各脏器的消解溶液进行检测,分析TDMVs+MNP-Gd在体内的生物分布情况。 1.5 TDMVs+MNP-Gd的体内毒性评估:TDMVs+MNP-Gd尾静脉注射24小时后,收集其主要器官进行H&E染色,评估该探针对各组织的病理损伤情况。第二部分:靶向探针用于原位脑胶质瘤的光学成像 2.1靶向性探针IR-32p的合成和表征:用靶向基团c RGDfk对光学探针IR-32p进行修饰,得到具有靶向整合素αvβ3能力的对比剂,并对其基本理化特性进行表征。 2.2 IR-32p的稳定性测试:分别对该探针的光稳定性和介质稳定性等特性进行评价。 2.3 IR-32p的体外穿透深度测试:使用鸡胸肉组织测试不同波长下光声信号与组织穿透深度的关系。 2.4 IR-32p的体外细胞实验:通过细胞毒性实验来评价其体外生物安全性和对细胞的光毒性,并且在体外对其光声和荧光成像性能进行验证。此外,在细胞层面对其靶向肿瘤细胞的能力进行测试。 2.5 IR-32p的体内毒性评估:IR-32p经尾静脉注射24小时后,采集血样进行血常规和血液生化分析,并收集其主要器官进行H&E染色,以评估该探针对各组织的病理损伤情况。 2.6 IR-32p的体内光声和荧光成像:首先使用U87MG皮下瘤小鼠模型分别通过NIR-Ⅱ荧光成像、NIR-Ⅰ光声和NIR-Ⅱ光声成像对该探针的肿瘤靶向能力进行评价。之后在原位脑胶质瘤小鼠模型中进行光声成像,并对不同波长下该探针的靶向成像能力进行对比和评价。结果: 第一部分:基于黑色素纳米囊泡的多模态分子成像 1.1成功制备得到了具有良好光学吸收和MR成像能力的TDMVs+MNP-Gd,并验证了其在不同介质中的杰出稳定性。 1.2 TDMVs+MNP-Gd的体外实验证实其有良好的生物安全性,并且对其成像性能进行测试后发现,该纳米颗粒具有良好的光声及MR成像的能力。 1.3小鼠肝癌皮下瘤模型中进行的MR和光声双模态成像结果发现,通过尾静脉注射TDMVs+MNP-Gd后,肿瘤部位的光声信号强度在注射6小时后表现出峰值。随后,肿瘤组织的光声信号在第8小时出现略微的减弱,并且随着时间的推移持续衰减,在24小时后基本回到注射前水平。 1.4通过尾静脉注射后不同时间点各器官组织的光声成像研究TDMVs的生物学分布行为发现,随着时间的推移,TDMVs+MNP-Gd注射6小时后,肝脏的信号强度达到最高水平,之后逐渐下降。然而,注射8小时后,肾脏部位的信号逐渐达到峰值。此外,通过ICP-MS对小鼠肝脏和肾脏中的Gd3+含量进行测定后发现了同样的分布趋势。 1.5体内安全性测试中,通过H&E染色发现各组脏器均没有发生明显的器质性病变,表明该探针具有良好的生物安全性。第二部分:靶向探针用于原位脑胶质瘤的光学成像 2.1成功合成了一种基于小分子的αvβ3靶向NIR-Ⅱ光声/荧光双模态探针IR-32p。该探针在水中的最大吸收波长为1094 nm,在900 nm下IR-32p的发射峰在1120 nm。 2.2 IR-32p表现出良好的NIR-Ⅱ光稳定性和介质稳定性,表明该探针在长期NIR-Ⅱ荧光和光声成像中具有极好的稳定性和活力。 2.3体外穿透深度实验发现IR-32p在NIR-Ⅱ窗口中的最大穿透深度超过2厘米。且在相同条件下,该探针在1020 nm处的NIR-Ⅱ光声成像始终显示出比800 nm处更高的背景信号比,表明NIR-Ⅱ光声成像在深度穿透方面相对于NIR-Ⅰ光声成像表现更优越。 2.4 IR-32p的细胞毒性实验证实其有良好的生物安全性和可忽略的光毒性。并且与阻断组相比,在高表达αvβ3整合素的实验组中,U87MG细胞表现出强的荧光信号。而同样在与该探针孵育后,低表达αvβ3整合素的293T细胞中表现出弱的荧光信号。 2.5体内安全性测试中,H&E染色结果发现各组脏器没有发生明显的器质性病变,且各组小鼠的血常规和血清生化指标均维持在正常水平,表明该探针具有良好的生物安全性。 2.6在皮下荷瘤小鼠模型中进行靶向性验证实验发现,肿瘤部位的NIR-Ⅱ荧光信号在注射6小时后达到最高值,并且在注射后24小时显著减弱。荧光成像中,阻断组小鼠肿瘤部位的荧光信号强度在整个观察期间内与单纯IR-32p注射组小鼠相比均有所下降。单纯IR-32p注射组肿瘤部位的光声信号强度在注射后5小时达到最强,并且在1020 nm波长下观察到了更高的对比度。 2.7在原位脑胶质瘤小鼠模型中进行NIR-Ⅰ和NIR-Ⅱ光声成像发现,在探针注射6小时后可以清楚观察到直径约为1毫米的微小脑胶质瘤,并且在NIR-Ⅱ光声成像中具有更好的对比度和定位深度的准确性。结论: 功能化纳米对比剂相较于传统对比剂在分子影像中表现出更高的选择性和灵敏度。对纳米探针进行靶向性修饰能使其更精准地定位病灶,并在成像过程中提供更为清晰的信号。此外,通过对纳米对比剂的功能性修饰可以显著改善其生物相容性,降低不良反应风险。其中,利用肿瘤源性细胞外囊泡对黑色素纳米颗粒进行修饰,可以赋予其优良的同源肿瘤细胞归巢的靶向能力。并且借助黑色素纳米颗粒的多模态成像功能可以同时完成对细胞外囊泡的生物分布可视化。对于有机小分子探针的靶向性修饰,为实现能穿过颅骨和头皮的深层脑胶质瘤的光学成像带来了新的可能性。靶向性探针IR-32p的NIR-Ⅱ光学成像能够为原位脑胶质瘤提供精确的定位信息,并勾勒出清晰的肿瘤轮廓。此外,通过与NIR-Ⅰ光声成像结果对比,进一步凸显了NIR-Ⅱ成像在深层次组织光学成像上的巨大优势。总之,本研究从细胞膜修饰仿生技术和小分子有机对比剂的靶向性修饰两个方面入手,验证了功能化纳米对比剂在分子影像领域的潜在价值。功能化纳米对比剂的不断发展将为医学影像学提供更多创新性工具,有望为疾病的早期诊断和监测提供更为精确的手段。

摘要译文

关键词：

功能化纳米对比剂; 分子影像; 生物膜修饰; 靶向探针; 有机小分子

学位年度：

2024

学位类型：

博士

学科专业：

特种医学

导师：

张瑞平

中图分类号：

R981[诊断药物]

学科分类号：

100603[中西医结合药学];100707[临床药学]

D O I：

10.27288/d.cnki.gsxyu.2024.001500