DNA纳米荧光团助力脑肿瘤的NIR-II区荧光成像

来源：X一MOL资讯

脑肿瘤，尤其是最具侵袭性的脑胶质母细胞瘤，是威胁人类健康的高致死性疾病。因此，准确地可视化脑肿瘤是至关重要的，这不仅对早期诊断很重要，而且还有利益于后续成像引导的手术。近日，南方科技大学田雷蕾课题组制备了一种DNA纳米荧光团，其可以高效地跨越血脑屏障（BBB），并用于增强脑肿瘤NIR-II区荧光成像（图1）。

图1. NIR-II发光的DNA纳米荧光团穿越BBB，并用于增强脑肿瘤的诊断成像。
相比于传统的NIR-I区荧光，NIR-II区（1000-1700 nm）荧光具体更深的穿透深度和更好的信噪比。此外，与常用的X射线计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）相比，NIR-II区荧光成像更易于操作，并且可进行术中实时监测。最近，NIR-II发光的有机纳米荧光团已被应用于大脑的非侵入式成像。然而，BBB的存在阻碍了大多数药物和探针的通过，这也限制了纳米荧光团在脑肿瘤成像和诊断中的应用效果。因此，为了提高脑肿瘤的摄取以获得更高的成像分辨率，人们非常期待具有BBB穿越和脑肿瘤靶向能力的NIR-II区纳米荧光团。
南方科技大学田雷蕾课题组将DNA纳米技术应用于有机纳米材料的开发，制备了一种可高效穿越BBB并靶向脑肿瘤的NIR-II区发光的DNA有机纳米荧光团，实现了超高分辨率的脑肿瘤成像。他们创新性地将DNA双亲嵌段聚合物PS-b-DNA（图2a）作为纳米载体制备有机发光纳米粒子。除了可以有效包覆强疏水的NIR-II染料（IR-FE，图2b-d），其优势还在于纳米粒子表面紧密排布的DNA显示出簇效应（又称球形核酸特性），可通过受体介导转胞吞途径高效穿越BBB（图3a-b）。这一特性使PS-b-DNA相较于常用的PS-b-PEG载体在用于制备脑瘤成像的诊疗纳米粒子方面具有绝对优势。

图2. a) 双亲性嵌段共聚物PS-b-DNA的合成。b) 包载不同量的IR-FE的FE@PS-b-DNA纳米荧光团的亮度和荧光量子产率。c) (a)中样品在808 nm激光照射下的照片。d) FE@PS-b-DNA的吸收和荧光光谱。
通过活体实验证明，在包载同样NIR-II染料的情况下，基于PS-b-DNA的纳米粒子在脑瘤成像时形成的荧光信号强度是基于PS-b-PEG的纳米粒子的3.8倍（图3c-d），可实现更精确的脑瘤诊断及定位。由此可见，结合DNA纳米技术可为开发具有更好脑瘤诊断和治疗效果的NIR-II有机纳米粒子提供一种全新的思路和方法。

图3. a) 体外BBB模型的示意图。b) 不同样品随时间变化的穿越模拟BBB的效率。“NR”是疏水染料尼罗红。c) 小鼠脑子和离体的脑组织用不同样品处理的NIR-II荧光图片。d) 小鼠离体器官的荧光强度定量分析。“Apt”是靶向脑肿瘤细胞的aptamer，其通过杂交引入到PS-b-DNA纳米荧光团表面。
这一成果近期发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition，IF:12.257）上，第一作者肖凡为2017级南科大-哈工大联培博士生，田雷蕾副教授为唯一通讯作者，南方科技大学为唯一通讯单位。南科大材料系梁永晔教授提供了NIR-II荧光成像的相关指导。南科大医学院刘泉副教授和林琳博士生提供了血脑屏障模型的指导。