CT成像纳米探针设计及应用

X射线计算机断层扫描技术(X-ray computed tomography,CT)是目前临床医学诊断中最为重要的工具之一.临床使用的CT造影剂主要是一些有机碘类小分子,但是这类小分子造影能力有限、体内循环时间短,极大地限制了CT成像技术在疾病诊断中的应用.相比之下,CT成像纳米探针不仅极大地提升了造影能力,同时具有更好的生物相容性和更长的体内循环时间.更重要的是,其表面易修饰特性有助于多功能成像探针的构建.本文针对近年来CT成像纳米探针的设计及应用进行了简要介绍,并展望了其未来的发展方向.     

金属-有机框架材料在癌症诊疗中的应用

成像技术的迅速发展使科学家和临床医生能够准确地了解癌症的发病机制和病理过程, 并根据患者的情况制定个性化的治疗策略. 将各种成像与治疗试剂整合为一体的癌症诊疗平台, 可以同时用于癌症的诊断和治疗, 受到了广泛的关注. 金属-有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子/离子簇自组装而成的一种有趣而独特的多孔有机-无机杂化材料. 由于其易于后修饰、 孔隙和结构可设计、 功能可调等特点, 已被证明具有成为癌症诊疗药物负载平台的巨大潜力. 本文介绍了将诊疗药物负载到MOFs中的策略, 并综合评述了在磁共振成像、 计算机断层扫描成像、 正电子发射断层扫描成像、 光学成像和光声成像等多种成像技术指导下, MOFs作为癌症诊断和治疗平台的发展概况. 此外, 还讨论了MOFs在癌症诊疗和临床转化方面当前面临的挑战和发展前景.     

聚乙烯亚胺修饰BaGdF_5纳米粒子的制备及CT/MR双模成像性能

通过微波辅助的溶剂热法制备了聚乙烯亚胺修饰BaGdF_5纳米粒子,并对其进行了表征、毒性评估、计算机X射线断层扫描(CT)成像及磁共振(MR)成像分析.透射电子显微镜(TEM)观测结果表明,该纳米粒子呈球形,表面光滑,分布均匀,粒径约30 nm.MTT结果表明,该纳米粒子具有较低的细胞毒性;小鼠各器官的组织病理学结果表明,该纳米粒子具有较低的体内毒性;体外成像结果表明,该纳米粒子具有较好的CT成像及T1加权的MR成像能力;小鼠体内成像结果表明,该纳米粒子具有应用于肝脏双模态成像的潜力.     

醌氧化还原酶响应型光声探针的合成及其对乳腺癌的成像

醌氧化还原酶(NQO1)是生物体内的一种双电子还原反应的专性催化还原酶. 在一些疾病如乳腺癌中NQO1过度表达, 因此NQO1可作为生物标志物以观察乳腺癌肿瘤的产生和发展. 目前已有一些文献报导用于NQO1检测和荧光成像的荧光探针, 但大部分这些探针具有吸收波长较短、背景干扰较强、组织穿透深度较低等不足. 为克服荧光探针成像的上述缺陷, 我们构建出一种具有推拉电子结构的可对NQO1响应的新型近红外光声探针TPA-X-Q. 实验结果表明, 该探针可在生物体内和体外对NQO1进行专一性的增强型光声检测和成像, 并可提供高分辨率的实时光声信号图像. 此外, 这种新型的光声探针能够成功应用于乳腺癌小鼠模型, 对乳腺癌肿瘤中过量表达的NQO1进行灵敏准确的光声检测与成像, 借助多光谱光声断层扫描技术(MSOT)的三维光声图像重建功能, 可实现肿瘤病灶区域的定位.     

致病菌与糖的特异性识别及其分析应用研究

致病菌往往通过凝集素-糖特异性识别来实现对宿主细胞的粘附,进而感染宿主组织,引起病变。因此,研究致病菌与糖的特异性识别有利于进一步了解感染性疾病的致病机制,为致病菌的特异性检测和感染性疾病的治疗提供新的策略。该文总结了致病菌-糖特异性识别的相关机制机理;介绍了目前主要的研究方法和技术,特别评述了荧光光谱、表面等离子体共振、电化学阻抗谱及石英晶体微天平等技术在该研究中的应用现状,并对这4种技术与微流控芯片平台的结合进行了探讨;针对致病菌检测特异性差、耐药性严重等难题,重点综述了致病菌-糖的特异性识别在细菌分离、富集、检测、鉴别、生物膜抑制及抗菌糖类药物筛选方面的应用。最后对致病菌-糖特异性识别基础和应用研究进行了展望。     

质谱成像方法及其在临床研究中的应用

生物组织质谱成像技术(imaging mass spectrometry,IMS)是一种分子成像技术,它与荧光标记的激光共聚焦、整体动物放射自显影术和正电子发射断层扫描等其它分子成像不同,不再使成像局限于特异分子,而是面向组织中任何分子,不用荧光或放射性同位素标记,不需要进行蛋白质或多肽提取等复杂的样品前处理.     

分子影像探针

分子影像是近年出现并迅速发展的一个生物医学领域,在疾病的治疗与诊断中发挥着重要作用。同时它又是一门交叉学科,涉及化学、医学、生物、计算机科学、放射科学、材料科学等。分子影像的发展除了需要先进的成像设备外,最关键的是合成新型而高效的成像探针。目前,分子影像探针广泛应用于科学研究和临床,并且也取得了巨大进步。本文主要综述了5种常见的分子影像探针:超声成像探针、X-射线计算机断层成像探针、光学成像探针、核磁共振成像探针、正电子发射计算机断层扫描成像探针,并对分子影像探针的应用进行了概述,最后对分子影像探针的发展进行了展望。     

银纳米粒子的抗菌活性研究进展

多药耐药性是目前传染病治疗中的一个日益严重的问题,广谱抗生素的广泛使用已经使许多人类细菌病原体产生了耐药性.耐药性的增强使细菌感染的发病率、死亡率和疾病治疗费用显著增加.因此,开发、修饰或寻找对多药耐药菌有杀菌作用的新型化合物迫在眉睫.根据文献调研发现,银纳米粒子具有优异的杀菌活性,影响细菌生物膜的生长和成熟,数百年来一直被用来预防和控制各种感染性疾病,为解决致病菌对抗生素耐药性问题提供了新思路.银纳米粒子与抗生素的有效结合会对多药耐药菌产生较强的杀菌效果,有希望成为传统抗菌材料的替代品.本文综述了银纳米粒子的抗菌机制和抗生物膜形成的活性,以及解决细菌多药耐药问题的各种方案,特别是银纳米粒子与抗生素的联合使用.     

原位冷冻电子断层扫描的发展及在生物研究方面的应用

对生物大分子复合物的研究和结构分析对于全面了解其功能和生物学意义至关重要. 冷冻电子显微镜在提供生物大分子结构及大分子分布等方面起到重要的作用. 近年来, 冷冻电子显微镜的硬件和软件的发展进一步提高了冷冻电子显微镜的有效性, 使其对各种生物结构、 蛋白质结构的解析更加准确快捷. 但是, 对于生物系统来说, 蛋白质和大分子复合物等均处于复杂的生理环境中, 因此原位检测生物分子的三维结构对于生物体系和结构生物学具有重要意义. 冷冻电子断层扫描作为一种功能强大的技术, 可以无需标记直接通过冷冻样品的固有衬度识别生物大分子的结构, 并且可在原位生理环境中对生物分子进行纳米级分辨率的三维成像. 本文综述了与冷冻电子断层扫描相关的样品制备和数据处理技术, 并总结了冷冻电子断层扫描技术在分离的大分子复合物和整个细胞或组织中的生物学应用.     

肠道微生物菌群成像标记策略及其应用的研究进展

哺乳动物肠道中的微生物菌群在维持宿主生理状态和病理改变中起着非常重要的作用,因此肠道微生物菌群的检测对宿主健康有着重要意义.传统的染色标记方法存在着特异性差、与活菌不相容、受其他影响因素多等问题,因此限制了对肠道微生物形态以及功能方面的深入研究.在众多的成像技术中,荧光成像技术可以显示肠道中共生菌、致病菌以及机会性致病菌的位置,还可以提供有关细菌活力、代谢交换以及宿主和微生物之间的免疫相互作用等信息,且荧光成像检测技术具有无创、对组织损伤小、特异性高、灵敏度高等优点,所以在肠道微生物检测中得到了广泛的应用.荧光成像技术在肠道微生物菌群成像研究方面发挥着重要作用,而性能优越的荧光标记探针是肠道微生物菌群荧光成像的关键因素.本篇综述主要总结了针对不同的肠道菌群而设计的标记策略,主要包括荧光探针和同位素探针,分别就代谢标记、非代谢标记以及代谢产物的特异性标记等方法进行了总结讨论,最后对该研究方向的发展前景进行了展望.     

整合荧光成像和化疗的有机小分子诊疗探针的研究进展

将诊断与治疗功能结合为一体是当前应对癌症的一种新兴策略. 诊疗一体化作为一种潜在的新型医学诊治方式, 在快速获得体内信息、 改善生物分布、 减少剂量和降低毒副作用等方面具有潜在的应用前景. 荧光成像被广泛应用于医学诊断, 近年来近红外荧光成像技术得到飞速发展, 在活体成像方面具有较好的穿透深度和成像分辨率. 本文综合评述了部分整合荧光成像和化疗的有机单分子诊疗试剂的相关研究, 并对诊疗一体化探针的未来研究进行了展望.     

Advanced Nanomaterials for Multimodal Molecular Imaging

The development of multimodal molecular imaging contrast agents based on versatile nanomaterials has recently attracted much attention in disease diagnosis and therapeutic delivery. Contrast agents made from nanoparticles and used for multimodal imaging in vivo provide a multidimensional pathophysiological overview of diseases. This review summarizes recently developed advanced nanomaterials for multimodal molecular imaging. We comprehensively discuss these nanoparticle contrast agents in terms of their targeting modalities, limitations in clinical translation and future directions.     

In vivo Self-assembled Peptide Nanoprobes for Disease Diagnosis

In vivo imaging is creating great opportunities for disease diagnosis as a research tool. Probes are usually used to observe physiological structures in vivo clearly. Recent progresses of nanoprobes are important for the generation of high resolution and high contrast images required by accurate and precision disease diagnosis. In vivo self-assembled peptide(SAP) nanoprobes are playing major roles in in vivo imaging by modularity of design, high imaging contrast, response to the location of the lesion, and long-time retention in the lesion. And the response to lesion and long-term retention in there can enhance imaging sensitivity and specificity of in vivo SAP nanoprobes. Therefore, in vivo SAP nanoprobes are simple ancillary contrast entities to optimize the imaging effect. In this review, the recent progress of in vivo SAP nanoprobes for in vivo imaging, from molecular design of peptides to biomedical and clinical applications including disease diagnosis and disease-related molecular imaging is systematically summarized. We evaluate their ability, including sensitivity and specificity to provide relevant information under preoperative and during surgery circumstances and critically their likelihood to be clinically translated. Finally, a brief outlook on remaining challenges and potential directions for future research in this area is presented.     

In situ Activatable Peptide-based Nanoprobes for Tumor Imaging

Owing to its excellent biological properties, peptide has been widely used in the design of nanoprobes capable of enhancing tumor imaging signals. In recent years, a number of peptide-based nanoprobes with strong loading capacity and great biocompatibility have been developed for precision tumor imaging by coupling peptide motifs with different imaging agents. It is worth noting that, compared with "always on" mode, the use of stimulus-mediated in situ activatable mode to design and control the self-assembly or nanostructure transformation of peptide-based nanoprobes in vivo can achieve the significant improvement of imaging efficiency. Herein, we summarize the recent progress of in situ activatable peptide-based nanoprobes for tumor imaging in diverse imaging modes, including magnetic resonance imaging(MRI), fluorescence imaging(FI), photoacoustic imaging(PAI), radionuclide imaging(RI) and multimodal imaging. Finally, we briefly prospect the challenges and potential development directions of this field.     

基于硼酸酯的19F磁共振分子探针的设计合成及活体深组织活性氧物种的激活响应成像

活性氧簇(ROS), 如过氧化氢, 在生物体内的各种生理和病理过程中发挥着重要作用. 生物体内活性氧簇水平的异常与多种疾病(炎症、 肿瘤和器官损伤等)密切相关, 使ROS监测成为研究和诊断这些疾病的重要工具. 目前, 实现活体内深组织中的活性氧簇成像仍然面临挑战. 本文设计并合成了一种响应型的¹⁹F磁共振成像(MRI)探针(Gd-DPBF), 并将其用于实现对活体内通用活性氧簇的检测和成像. 该探针由钆螯合物通过活性氧簇响应的芳香硼酸酯键与含氟砌块相连接构成. 体外和体内成像实验结果证实, 该探针可以实现在活体荷瘤小鼠中针对肿瘤中高表达的活性氧进行检测和成像, 展示了其在生物体内对活性氧簇相关生理过程进行深组织、 零生物背景成像方面的潜力.     

基于Cy7类菁染料分子探针的设计策略

菁染料是一类经典的荧光染料母核, 具有摩尔消光系数大、 吸收波长可调、 溶解性良好及生物兼容性好等优点, 被广泛用于蛋白标记、 痕量金属离子检测、 生物活性物质检测、 细胞和活体成像及肿瘤靶向治疗等领域. 近年来, 生物医学领域对活体结构及功能成像深度提出更高的需求, 基于优异的长波长染料母核开发近红外荧光分子探针逐渐成为领域的研究重点. 吲哚七甲川菁染料(Cy7)是一类最具代表性的菁染料, 本文重点综合评述了自1992年以来基于Cy7结构开发的分子探针, 并介绍了该类荧光探针的设计策略. 最后, 讨论了该领域研究面临的挑战, 并对未来的发展方向进行了总结和展望.     

Si-rhodamine based water-soluble fluorescent probe for bioimaging of Cu+

A Si-substituted rhodamine based water-soluble fluorescent probe bearing a tetrathia-azacrown was designed for fluorescence imaging of Cu⁺ with substantial affinity and selectivity.In physiological condition,the developed probe with outstanding water-solubility exhibits ultrahigh sensitivity to Cu⁺,ensuring the reliable fluorescence imaging in vivo.     

稀土纳米材料在高分辨活体成像及诊疗中的应用

荧光成像具有时空分辨率高、 反馈快、 非侵入和无电离辐射等优点, 是一种重要的生物成像技术. 与传统用于荧光成像的可见光和近红外一区(NIR-I, 600~950 nm)相比, 近红外二区(NIR-Ⅱ, 1000~1700 nm)窗口具有低生物组织散射系数和低生物自发荧光, 采用NIR-Ⅱ光进行活体荧光成像能有效提高成像的分辨率、 信噪比和穿透深度. 稀土纳米颗粒(RENPs)具有大斯托克斯位移、 高化学稳定性、 可调的荧光寿命以及较窄的发射带, 是一种重要的荧光成像探针. 近年来, 一系列具有优异的NIR-Ⅱ发光性能的稀土纳米材料被用于高分辨活体荧光成像. 本文综合评述了近年来RENPs用于高分辨活体成像及诊疗中的研究进展, 概述了RENPs的掺杂调控、 基质晶格选择和复合敏化等NIR-Ⅱ发光增强策略, 介绍了其在多种生物医学场景中的靶向聚集、 荧光传感和疾病治疗等功能, 并总结了其在多路成像、 多模态成像和疾病诊疗中的应用. 最后, 简要分析了RENPs在未来生物医学应用中面临的挑战和发展的方向.     

肾小球滤过率活体实时监测荧光示踪剂的研究进展

急性肾损伤是一种临床常见的急性疾病. 通过外源性的荧光示踪剂对肾小球滤过率进行非侵入性的实时监测, 对于及时了解易患病人的肾脏功能具有重要的临床价值和应用前景. 本文综合评述了用于活体检测肾小球滤过率的外源性荧光示踪剂的近期研究进展, 重点介绍了荧光示踪剂的设计策略及其活体成像应用效果, 并对相应检测装置的发展进行了阐述, 同时对该领域的挑战与发展前景进行了展望.     

聚多巴胺包覆的金纳米棒用于大鼠下颌下腺造影成像

用生物相容性好且毒性低的聚多巴胺对金纳米棒进行表面包覆, 利用其造影增强的功能, 将聚多巴胺包覆的金纳米棒应用于大鼠下颌下腺导管, 实现了下颌下腺造影成像.