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

2021-01-09 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

  • 國家納米中心在超小氧化鐵納米顆粒放大腫瘤成像信號研究中獲進展
    近日,國家納米科學中心研究員陳春英課題組在利用乏氧組裝的超小氧化鐵納米顆粒放大腫瘤的螢光和磁共振成像信號研究中取得進展。乏氧觸發超小氧化鐵納米顆粒組裝並放大螢光與核磁成像信號乏氧在實體瘤中較普遍,對腫瘤的發生、發展、轉移和治療耐受具有重要影響,其可作為治療預後的一個單獨指標。
  • 黃金納米粒子有助腦部腫瘤成像
    據物理學家組織網4月16日(北京時間)報導,史丹福大學醫學院的科學家發現,一種黃金納米粒子能在腦部腫瘤「安家」,同時對3種不同的成像方式可見,精確顯示腫瘤的輪廓
  • 【材料】凌代舜團隊開發出用於高性能血管成像的超高場T1-T2雙模態MRI造影劑
    近日,浙江大學凌代舜研究員團隊提出一種超高場T1-T2雙模態磁共振血管成像策略,並首次設計合成了基於超小氧化鐵納米粒子的T1-T2雙模態超高場磁共振造影劑(UDIOC)。UDIOC在超高場下具有高效的磁共振對比能力,可以通過對比增強磁共振血管造影(CE-MRA)對血管結構進行實現高解析度的成像,並且基於UDIOC的T1-T2雙模態超高場動態對比增強磁共振成像(DCE-MRI)能夠對腫瘤血管通透性進行準確、靈敏的評估。
  • 中科大新型磁共振納米造影劑 讓腫瘤化療療效評價有了新方法
    近日,中科大梁高林教授課題組與中科院強磁場科學中心鍾凱研究員課題組合作,發明一種能在化療腫瘤內「智能」自聚集的磁共振納米造影劑,並在患有腫瘤的小鼠體內驗證了其優異的腫瘤成像效果。成果3月31日發表在著名期刊《納米快報》上。
  • 黃金納米粒子直達腦部腫瘤 有效提升切除精準度
    據物理學家組織網4月16日(北京時間)報導,史丹福大學醫學院的科學家發現,一種黃金納米粒子能在腦部腫瘤「安家」,同時對3種不同的成像方式可見,精確顯示腫瘤的輪廓,使小鼠腦瘤的移除提升至前所未有的精度。相關研究報告發表在4月15日的《自然·醫學》雜誌網絡版上。
  • 新型的磁性囊泡,具有可調諧厚度和磁導率
    引言 由於具有良好的穩定性、生物相容性、合適的尺寸及磁響應性,超順磁性的氧化鐵納米粒子(SPIONs)在生物醫學方面具有廣泛的應用,比如生物成像、免疫分析、細胞分離、腫瘤成像和治療等。 (a) 通過BCP嫁接SPIONs和游離PS-b-PAA的協同組裝,製造壁厚可調的磁性囊泡(MV); (b) MVs用於成像引導遞送DOX進入荷瘤小鼠。
  • DNA—納米粒子自組裝膠體可帶來智能材料
    據物理學家組織網近日報導,瑞士聯邦理工學院(EPFL)和英國劍橋大學科學家合作開發出一種技術,用DNA鏈給納米粒子塗上一層塗層,能控制並引導兩種不同膠體的自動組裝。這種膠體粒子可用於製造新奇的自組裝材料,如智能遞藥補丁、隨光變色的新奇塗料等。相關論文發表在《自然·通訊》雜誌上。
  • 功率放大器在超聲--電磁耦合彈性成像研究中的應用
    隨著近年來納米技術的飛速發展,具有獨特光學、聲學、電學以及磁學等特性的納米材料常用於腫瘤標誌物的特異識別,能有效提高各種影像技術對癌症診斷的靈敏度和準確度,為醫療診斷提供了重要的參考依據。將納米技術與超聲彈性成像相結合,本文開展了基於磁納米粒子的超聲-電磁耦合彈性成像的新方法研究。
  • JACS:MOF納米粒子單分子膜和獨立多層膜的自組裝
    成果簡介無機納米粒子,如Au(AuNPs)和Si(SiNPs)納米粒子以及多孔納米粒子,如沸石和金屬有機框架(MOFs)的合成和開發,幾十年來一直吸引著研究人員。無機納米顆粒往往具有固有的結晶性和脆性,難以加工。而只有少數自組裝單分子膜來自多孔納米顆粒。
  • ...張其清教授雜誌封面論文解析自組裝納米抗腫瘤藥物載體系統
    該論文研究的是自組裝納米抗腫瘤藥物載體系統,是一類超微粒子靶向、控釋體系,該體系對於實現抗腫瘤藥物提高療效, 減少藥物毒性和副作用意義重大。該論文報導了利用內源性小分子膽固醇疏水性修飾可德蘭衍生物--羧甲基可德蘭合成新型兩親性高分子聚合物,首次對多糖進行改性得到新型兩親性偶合物,製備了自聚集納米粒子並將其作為藥物的載體包覆抗腫瘤藥物表阿黴素,研究了藥物的包埋、釋放行為,考察了其抗腫瘤效應及細胞毒性,研究發現,通過合成新型兩親性高分子聚合物,製備的自聚集納米粒子抗腫瘤藥物載體,具有良好的抗腫瘤效應。
  • 磁性氧化鐵納米材料在癌症診療中的應用
    其中,磁性氧化鐵納米材料(magnetic iron oxide nanomaterials, MIONs)因具有良好的生物相容性、獨特的理化性質和生物學效應,在癌症納米醫藥中扮演著重要角色。
  • 核-衛星納米結構組裝用於細胞內光熱治療
    ,當AuNBPs motor和AuNP probe進入細胞後,miR-21觸發AuNBPs motor的運行,游離出大量信號鏈,螢光信號放大。AuNBPs motor的水解產物與AuNP probe反應,生成帶有雙螢光基團的雜交鏈以及CS nanostructure,再次增強的螢光信號可用於細胞內miR-21的原位成像。同時,存在於CS nanostructure間隙中的大量腺嘌呤鹼基的SERS信號被顯著增強,SERS信號可用於細胞內miR-21濃度的絕對定量。
  • .》: 用自組裝螺旋纖維再次自組裝新概念最大幅度提升手性材料CPL信號
    ,螺旋纖維再與酒石酸(TA)進一步組裝生成更大的螺旋纖維,使不對稱因子絕對值達到0.61,CPL信號放大200多倍,是迄今為止最大的CPL放大倍數,而且不論在分別加入兩個摩爾當量的DSA後,CPL不對稱因子可達到10-1數量級,增加了60多倍。有趣的是,當M-1/P-1-DSA混合物的二氯乙烷溶液滴塗形成膜後,雖然具有與溶液相同強度的CPL信號,但信號的方向與溶液中的相反。
  • 自組裝DNA納米結構「侵染」細胞過程獲揭示
    中科院上海應用物理研究所樊春海課題組和黃慶課題組,應用一系列先進的細胞顯微成像技術,並結合生物化學手段,清晰展示了一類自組裝DNA四面體結構在活細胞中的攝取與轉運過程
  • 【學術前沿】張曄/周兆才合作報導靶向脂筏的分子自組裝調控Hippo...
    周兆才課題組多年致力於Hippo-YAP信號傳導機制及相關靶向策略的研究,近期發現磷酸酶PP2A抑制Hippo信號的分子機制並設計研發特異性靶向恢復Hippo活性的抗腫瘤環肽(詳見BioArt報導:Cancer Cell丨周兆才團隊揭示胃癌中Hippo信號丟失的分子機制並研發可重新激活Hippo激酶腫瘤抑制活性的穩定環肽)。
  • Mater.報導: 利用光誘導納米顆粒自增強藥物遞送來增強癌症的...
    通過靜脈內注射的LINC積聚在腫瘤部位以產生近紅外(NIR)螢光信號。在螢光成像指導下,進行第一次近紅外雷射照射誘導產生活性氧(ROS)導致聚乙二醇(PEG)裂解,促進納米粒子在腫瘤處的滯留和深度穿透。第二次NIR雷射照射時,LINC有效地引發免疫應答並促進細胞毒性T淋巴細胞(CTL)的腫瘤內浸潤。此外,LINC遞送的NLG919可有效抑制IDO-1活性,逆轉免疫抑制性腫瘤微環境。
  • 放大率3.3倍,發現細胞內天然生物放大鏡,可用於亞波長成像!
    利用活細胞作為微型透鏡,對小於光波長的物體進行成像和操縱,研究展示了亞衍射極限成像和非侵入性設備對納米物體的操作,該設備是通過在纖維頂端捕獲一個細胞來構建。被捕獲的細胞在白光顯微鏡下形成了一個生物放大鏡,可以以100納米的解析度放大納米結構。研究人員利用生物放大鏡形成了一個納米光學陷阱,可以精確地操縱半徑為50納米的單個納米顆粒。
  • 文獻分享 | ACS Nano | 雜化納米球通過克服腫瘤缺氧和固有氧化耐受增強光動力治療
    本文報導了一種配位驅動的聚集誘導發光(AIE)光敏劑和Bcl-2抑制劑自組裝納米平臺,用於緩解腫瘤缺氧和克服光動力治療耐受性。本文的通訊作者是新加坡國立大學劉斌教授,研究興趣為共軛聚合物發光材料、聚集誘導發光材料在生物醫學中的應用。
  • 自旋納米粒子會自組裝成「活著的晶體」
    原標題:自旋納米粒子會自組裝成「活著的晶體」  科技日報訊 據每日科學網2月24日報導,美國密西根大學化學工程、材料科學和工程教授莎朗·格洛特茲領導的研究團隊在解決納米技術領域的一個關鍵問題——使粒子自我組裝時發現,只是讓納米粒子自旋就會誘導它們組成科學家們所謂的「活著的旋轉晶體」,這種晶體或許可以用作納米泵,在設備內運輸物質;也能順帶解釋生命的起源