缺氧引發的超小氧化鐵納米粒子自組裝可放大腫瘤成像信號

2021-01-07 科學網

缺氧引發的超小氧化鐵納米粒子自組裝可放大腫瘤成像信號

作者:

小柯機器人

發布時間:2021/1/7 13:51:30

國家納米中心陳春英課題組發現,缺氧觸發的超小氧化鐵納米粒子自組裝可放大腫瘤的成像信號。該研究於2021年1月4日發表於國際一流學術期刊《美國化學會志》。

研究人員表示,缺氧是大多數實體瘤中常見的現象,並會嚴重影響腫瘤對化學療法和放射療法的反應。了解患者體內腫瘤缺氧的分布和程度對於在臨床上提供個性化療法非常重要。但是,如果沒有足夠的血管,用於臨床成像技術的傳統造影劑將很難在實體瘤的缺氧區域中積聚,從而挑戰了體內缺氧的檢測。

為了克服這個問題,研究人員開發了一種新型的缺氧成像探針,該探針由缺氧觸發的自組裝超小氧化鐵(UIO)納米粒子和與組裝相對應的螢光染料(NBD)組成,從而可提供體內雙模式成像。在這種策略中,研究人員採用了硝基咪唑衍生物作為缺氧敏感部分,可在缺氧條件下構建UIO納米粒子的分子間交聯,而後者不可逆地形成更大的納米粒子組件。UIO自組裝的缺氧觸發性能不僅放大了其T2加權MRI信號,而且通過其結合到自組裝中的新興疏水環境而提高了NBD的螢光強度。

體內結果進一步證實,這個缺氧成像探針可以顯示針對腫瘤內部區域的即時MRI信號,並且其信號增強作用具有長期有效的功能並逐漸達到3.69倍的放大倍數。同時,該探針在腫瘤切片的缺氧區域也顯示出明顯的綠色螢光。因此,研究人員還開發了一種MRI差值方法來可視化3D分布並描述了小鼠體內缺氧腫瘤區域的範圍。由於其在缺氧腫瘤中的穿透和積累效率顯著,這個缺氧成像探針也可能成為缺氧靶向藥物遞送的多功能平臺,並同時可以監測其與缺氧相關的治療功效。

附:英文原文

Title: Hypoxia-Triggered Self-Assembly of Ultrasmall Iron Oxide Nanoparticles to Amplify the Imaging Signal of a Tumor

Author: Huige Zhou, Mengyu Guo, Jiayang Li, Fenglan Qin, Yuqing Wang, Tao Liu, Jing Liu, Zeinab Farhadi Sabet, Yaling Wang, Ying Liu, Qing Huo, Chunying Chen

Issue&Volume: January 4, 2021

Abstract: Hypoxia is a common phenomenon among most solid tumors that significantly influences tumor response toward chemo- and radiotherapy. Understanding the distribution and extent of tumor hypoxia in patients will be very important to provide personalized therapies in the clinic. Without sufficient vessels, however, traditional contrast agents for clinical imaging techniques will have difficulty in accumulating in the hypoxic region of solid tumors, thus challenging the detection of hypoxia in vivo. To overcome this problem, herein we develop a novel hypoxia imaging probe, consisting of a hypoxia-triggered self-assembling ultrasmall iron oxide (UIO) nanoparticle and assembly-responding fluorescence dyes (NBD), to provide dual-mode imaging in vivo. In this strategy, we have employed nitroimidazole derivatives as the hypoxia-sensitive moiety to construct intermolecular cross-linking of UIO nanoparticles under hypoxia, which irreversibly form larger nanoparticle assemblies. The hypoxia-triggered performance of UIO self-assembly not only amplifies its T2-weighted MRI signal but also promotes the fluorescence intensity of NBD through its emerging hydrophobic environment incorporated into self-assemblies. In vivo results further confirm that our hypoxic imaging probe can display a prompt MRI signal for the tumor interior region, and its signal enhancement performs a long-term effective feature and gradually reaches 3.69 times amplification. Simultaneously, this probe also exhibits obvious green fluorescence in the hypoxic region of tumor sections. Accordingly, we also have developed a MRI difference value method to visualize the 3D distribution and describe the extent of the hypoxic tumor region within the whole bodies of mice. Due to its notable efficiency of penetration and accumulation inside a hypoxic tumor, our hypoxia imaging probe could also be considered as a potential candidate as a versatile platform for hypoxia-targeted drug delivery, and meanwhile its hypoxia-related therapeutic efficacy can be monitored.

DOI: 10.1021/jacs.0c10245

Source: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10245

 

相關焦點

  • 可注射自組裝天然產物凝膠用於生物活性藥物遞送
    :可注射自組裝天然產物凝膠用於生物活性藥物遞送DOI:10.1016/j.mtcomm.2020.101149具有理化功能的可注射自組裝凝膠已廣泛用於遞送化學治療劑,以增強抗腫瘤作用。然而,對生理功能性凝膠遞送系統的探索相對較少。
  • 自組裝單位點納米酶可用於腫瘤特異性擴增級聯酶促療法
    自組裝單位點納米酶可用於腫瘤特異性擴增級聯酶促療法 作者:小柯機器人 發布時間:2020/10/28 12:42:09 新加坡南洋理工大學Yanli Zhao等研究人員開發出自組裝單位點納米酶,可用於腫瘤特異性擴增級聯酶促療法
  • 磁場驅動免疫細胞成為腫瘤「專職殺手」
    2015年8月20日/生物谷BIOON/--最新發表在《Nature Communications》上的一項研究認為,臨床磁共振成像(MRI)系統在小鼠中可被用來引導特殊的細胞,可以將這些特殊的細胞引導到腫瘤部位
  • 聚合誘導的自組裝聚離子液體嵌段共聚物納米粒子
    標   籤:學科前沿關鍵詞:聚離子液體 RAFT聚合 納米粒子由於結合了離子液體(ILs)和聚合物的優點(例如,前者的類液體離子導電性、化學及熱穩定性,後者的機械性能和可加工性),聚離子液體(PILs)已逐漸成為一類極有潛力的聚合物,在催化、能量儲存和轉換、電化學裝置、分離等領域具有廣泛應用。
  • pH響應化致發光納米粒成像和腫瘤治療
    值得注意的是,由MnOx產生的1O2可以替代光,並特別激發基於噻吩的SPN發出光子以用於近紅外化學發光成像,從而大大放大了1O2的產生。由於腫瘤內固有的酸性,MnOx-SPNs實現了針對實體瘤的可激活化學動力學療法。此外,比例化學發光/螢光成像能夠校準1O2的輸出,並在治療過程中實現對1O2產生的實時和原位實時監測。
  • 近紅外稀土材料可對免疫治療進行成像
    近紅外稀土材料可對免疫治療進行成像 作者:小柯機器人 發布時間:2019/10/2 13:32:28 美國史丹福大學Hongjie Dai團隊的一項最新研究使用超亮近紅外IIb(NIR-IIb)稀土納米顆粒對免疫療法進行體內分子成像
  • 《缺氧》火箭組裝攻略 火箭全自動發射系統圖文講解
    導 讀 「《缺氧》火箭怎麼組裝 火箭全自動發射系統圖文講解」是小編為大家推薦的文章。缺氧火箭怎麼組裝?
  • 放大多少倍可以看到原子核,電子顯微鏡能看到多小的粒子?
    光學顯微鏡是以可見光為光源觀測物體的,因此最高解析度只能達到約200nm,而電子顯微鏡一般是用電子束掃描或透射的,電子束的波長隨著能量(電壓)加大而縮短,當電壓為50~100kv時,波長約為0.0053~0.0037nm之間。
  • ACS Nano:利用超順磁性氧化鐵納米顆粒來追蹤體內幹細胞
    為了追蹤體內幹細胞,在把它們移植到病人身上之前,科學家們利用超順磁性氧化鐵納米顆粒(superparamagnetic iron oxidenanoparticles, SPIONs)來標記這些細胞。這些納米顆粒能夠通過核磁共振成像(magnetic resonance imaging)掃描來捕獲,因而有助於醫護人員確定幹細胞是否到達它們的預定目標。
  • 戴宏傑、劉斌、王樹、浦侃裔等全球有機半導體成像研究團隊介紹及最新研究進展梳理
    但是當其與通過細胞代謝引入腫瘤細胞表面的疊氮基團反應後,探針的螢光增強,可實現快速的腫瘤特異性成像,和實現腫瘤光動力治療。王樹於1994年在河北大學化學系獲得理學學士學位,又於1999年在北京大學化學與分子工程學院獲得理學博士學位。
  • Scientific Reports:一種新型、智能、腫瘤靶向的磁共振造影劑
    1月3日,國際學術期刊Scientific Reports在線發表了中國科學技術大學梁高林教授課題組和中山大學腫瘤防治中心李立課題組的合作研究成果,文章標題為Controlled intracellular self-assembly of gadolinium nanoparticles as smart molecular MR contrast agents
  • 一成像技術可準確鑑別腫瘤 可更有效切除腦瘤
    一成像技術可準確鑑別腫瘤 可更有效切除腦瘤 2015-06-19 09:48:33)   (記者林小春)美國約翰斯·霍普金斯大學一項新研究顯示,一種被稱作光學相干斷層掃描(OCT)的成像技術可實時
  • 助力腫瘤精準治療!湖南大學創新「可視化」技術
    助力腫瘤精準治療!利用活體成像技術實時/原位監測癌症診斷和治療,可及時根據成像設備的反饋信息來調整治療方案,控制藥物使用量,從而避免治療過度或不足。這種「看得見」的治療方式有望確保癌症診斷的精準性以及癌症治療的高效性。近日,湖南大學化學化工學院宋國勝教授報導了一種新型化學發光(CL)成像和化學動力學治療(CDT)體系。發現錳氧化物能夠代替光能激發半導體聚合物產生CL。
  • 物理所原核生物染色體DNA自組裝模式和機理研究獲進展
    在紛繁複雜的生物反應中,染色體DNA自組裝、複製和應時啟動轉錄處於細胞生命活動的中心位置。雖然人類基因組計劃已經完成,但是數以億計的DNA遺傳信息凝聚在十幾微米大小的細胞核內,目前,我們還沒有能力清晰理解這些信息是如何被細胞利用、提取、整合併最終發布成效應蛋白質來應對正常生命活動和細胞內外信號刺激。這些基本調控運轉機制正是攻克人類疾病和藥物醫療研發的必需前提。
  • 磁共振成像信號 及 脈衝序列-斯坦福課程
    這裡推薦斯坦福公開課程-MRI Signals and Sequences(磁共振成像信號和脈衝序列)。
  • 科學家利用螢光報告基因成像信號網絡動態
    科學家利用螢光報告基因成像信號網絡動態 作者:小柯機器人 發布時間:2020/11/24 16:58:27 美國麻省理工學院Edward S. Boyden課題組取得一項新突破。
  • 若胎兒缺氧,會發出這幾個「求救信號」,孕媽可別傻傻錯過
    尤其是,到了孕中晚期,孕媽們最擔心胎兒缺氧。一有點風吹草動,就趕緊去醫院。其實,孕媽不用太過於緊張。若胎兒真缺氧,會發出以下這幾個「求救信號」,孕媽可別傻傻錯過就行。胎動異常一般來說,懷孕4個月就會開始有胎動,到了5個月胎動會很明顯。
  • 新技術:ToF - SIMS可生成腫瘤樣本中特定分子地圖
    由於腫瘤細胞利用組織環境並壟斷可用資源以繼續生長,因此研究人員很難識別散布在非惡性組織中的腫瘤細胞。這限制了他們對癌症細胞運動軌跡的探究。近日,華盛頓大學研究人員使用一種新技術,可生成腫瘤樣本中任何特定分子的地圖,進而講述了腫瘤生長的故事。