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.     

手术导航用荧光探针

荧光成像技术因具有操作简便、分辨率高、安全性好且可实时成像等优势,在术中导航中具有广阔的应用前景。虽然目前还没有靶向荧光探针在临床上得到批准,但已经有相当一部分荧光探针进入了临床试验阶段。最早进入临床试验的是一些偶联肿瘤靶向配体的荧光染料,例如近红外菁染料(IRDye800CW)标记的肿瘤特异抗体,叶酸标记的异硫氰酸荧光素(EC17)等。近来,结构更复杂的荧光探针如酶反应激活型探针和PET/荧光双模态探针也逐步进入临床试验。本文依据近年来手术导航用荧光探针的最新研究进展,分别就受体介导的靶向荧光探针、可激活型靶向荧光探针、近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光探针、多模态荧光探针和诊疗一体化探针进行了分类讨论,重点对正在进行临床研究及具有临床转化前景的荧光探针的分子设计原理进行了分析与总结,并对手术导航用荧光探针未来的发展进行了展望。     

殝近红外二区荧光探针在生物成像领域的研究进展

荧光技术具有操作简便、分辨率高且可实现实时成像等特点,已被广泛应用于生物医学检测和成像领域,其中,近红外二区荧光染料(NIR-Ⅱ,1000～1700 nm)由于其发射波长较长,光散射和组织自发荧光干扰较少,在生物组织成像中具有更高的时空分辨率和更深的成像深度。本文主要介绍了基于近红外二区荧光探针的设计原理及其在生物成像领域的研究现状,并对其发展作了进一步展望。     

缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用

由于肿瘤内部细胞远离血管, 其氧气消耗量远远超出血液供应量, 因此容易导致肿瘤缺氧. 肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、 诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题. 基于此, 发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义. 本文对缺氧响应荧光探针在成像及治疗方面的应用进展进行了综合评述, 介绍了硝基、 偶氮键和醌3种常用的缺氧响应基团, 并探讨了它们在缺氧微环境下的识别机理; 介绍了缺氧响应荧光探针的构建及其在生物成像方面的最新研究成果; 总结了缺氧响应荧光探针在基因治疗、 光动力学治疗、 化学治疗及协同治疗方面的研究进展; 展望了缺氧响应荧光探针在临床诊断和治疗方面的应用前景.     

近红外二区有机小分子荧光探针

荧光成像凭借灵敏度高、特异性强等诸多优势在重大疾病的诊疗领域发挥着重要作用.然而传统的近红外一区（NIR-I,700~900 nm）荧光成像存在组织穿透性差等问题,限制了其临床应用.近红外二区（NIR-II,1000~1700 nm）荧光成像可以极大地减弱生物组织对光的吸收、散射和自发荧光,从而显著提升成像深度及成像效果.在众多NIR-II荧光探针中,有机小分子由于具有毒性低、代谢快等优点正成为该领域的研究热点.作者以近年来NIR-II有机小分子荧光探针的发展为主体,概括了提升探针荧光量子产率的策略,分别就可激活型、多模态成像型和诊疗一体化型NIR-II荧光探针进行分类讨论,系统介绍了近年来该领域内的研究成果,并针对NIR-II荧光探针未来的发展进行了展望.     

树枝状高分子修饰的水溶性近红外二区荧光聚合物的合成及其在肿瘤相关抗原载运中的应用

通过在具有供体-受体-供体结构的近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光分子(TTQ-F)的侧链上修饰聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)合成了一种NIR-Ⅱ荧光高分子(TTQ-F-PAMAM).该树枝状修饰的高分子不仅可以实现在900～1200nm近红外二区范围的荧光成像,同时有着良好的光稳定性.PAMAM作为一种三维、高度有...     

三元共聚法制备高亮度近红外二区荧光共轭聚合物纳米粒子及其二区光热治疗应用

为获得同时具有优异的溶解性,高亮度的近红外二区(NIR-Ⅱ,1000～1700 nm)荧光和强的NIR-Ⅱ光热转换能力的共轭聚合物,采用三元共聚策略构建了基于强电子受体和供体的NIR-Ⅱ发射共轭骨架.在此基础上,进一步通过调控电子给体BDT与2TC之间的比例,得到了一系列具有NIR-Ⅱ吸收和优异溶解性的共轭聚合物(BDT-2TC12,BDT-2TC11,BDT-2TC21).这些聚合物在700～1200 nm具有较强的NIR吸收,并在808 nm激光激发下表现出在1000～1400 nm区域内的优异NIR-Ⅱ荧光性能.利用纳米沉积的方法,将目标聚合物BDT-2TC12用两亲性的二硬脂酰磷脂酰乙酰胺-甲氧基聚乙二醇(DSPE-mPEG)进行包覆,制备得到水溶性良好的纳米粒子(BDT-2TC12NPs).该纳米粒子具有良好的稳定性,在808和1064 nm处均有较强的吸收.在1064 nm激光照射下,纳米粒子表现出优异的NIR-Ⅱ光热转换效果,可以实现对肿瘤细胞的光热治疗(PTT).在808 nm的激光激发下,纳米粒子还可以实现对小鼠血管和其他生物组织的高清晰度的NIR-Ⅱ荧光成像(FI).     

聚集诱导发光高分子在光学诊疗应用中的研究进展

高分子因其优异的光学特性、良好的生物相容性和分子结构易于调控等优势,在光学诊疗领域表现出巨大应用潜力.然而,传统荧光分子的聚集导致荧光淬灭现象限制了其生物应用.聚集诱导发光(AIE)分子因其聚集态高效发光的优势而备受关注.本文从AIE高分子的构建出发,重点介绍了D-A型共轭聚合物的构建策略、构-效关系以及相对于小分子的性能和应用优势,并从生物成像、肿瘤诊疗和抗菌三个方面总结了AIE高分子在光学诊疗领域的最新研究进展.生物成像方面主要总结了NIR-Ⅱ区AIE高分子在深部组织高分辨率荧光成像中的应用;肿瘤诊疗方面主要介绍了AIE高分子在光动力治疗、光热治疗及联合治疗中的应用;以及介绍了AIE高分子在细菌感染光动力治疗中的应用.最后对AIE高分子在光学诊疗领域的未来发展前景进行了展望.     

肿瘤靶向Pt-Cu基纳米平台用于近红外二区光声成像引导的光热治疗

基于层层（LBL）自组装技术,在Pt-Cu纳米合金表面依次包覆带正电的聚赖氨酸（PLL）和带负电的透明质酸（HA）,成功构筑Pt-Cu@PLL@HA纳米平台。HA不仅延长了纳米平台血液循环时间,还可实现肿瘤主动靶向作用,提升肿瘤部位富集效果。在肿瘤区域透明质酸酶（HAase）作用下HA快速降解,释放Pt-Cu@PLL （+）颗粒,有利于肿瘤细胞特异性摄取。基于Pt-Cu合金良好的近红外二区（NIR-Ⅱ）吸收性能,实现了NIR-Ⅱ光声成像引导的NIR-Ⅱ光热高效抗肿瘤效果。     

肿瘤乏氧靶向响应的罗丹明荧光探针及其成像介导手术治疗

基于罗丹明的良好荧光性能, 经化学偶联反应制备并表征了一个偶氮乏氧特异响应的“Off-On”型荧光成像探针(FY-4). 从分子层面证实了其荧光“Off-On”性能和响应机制; 在L02正常细胞及4T1, HeLa和A549肿瘤细胞层面考察了其对受试细胞株的毒性和不同乏氧时间的荧光成像性能; 再利用4T1肿瘤模型, 分别以肿瘤原位注射和尾静脉注射的方式考察了其荧光成像性能, 并探究了其荧光成像介导切除肿瘤性能, 最后还考察了FY-4的生物安全性. 结果表明, FY-4有高的肿瘤乏氧靶向特异“关-开”响应的荧光成像差异显影及荧光成像介导切除肿瘤的潜能, 结合其良好的光物理性能、 生物安全性和明晰的给药时间等特性, 有望为生物医学荧光成像介导肿瘤切除提供新的研究工具.     

用于肿瘤成像的半乳糖/酞菁近红外荧光探针

本文首次报道半乳糖酞菁近红外荧光探针在肿瘤成像方面的应用。以酞菁为荧光发射基团,其在近红外区域有较高的量子产量和光学稳定性,可以解决探针的近红外光学特性;通过半乳糖对酞菁的修饰能够改善探针的溶解性和生物相容性,而且利用半乳糖的肿瘤靶向功能可以提高探针肿瘤主动靶向成像效果。结果表明它对恶性肿瘤具有高特异性结合和高灵敏度的分子探针体系,提高近红外光学分子成像效果。     

半导体共轭聚合物光学探针的设计及在自发光成像和光声成像中的应用

光学成像因其无侵袭性、高时空分辨率和高灵敏度在生物医学领域得到迅速发展.光学成像中自发光成像包括化学发光成像和长余辉成像不需实时光激发,避免了自发荧光的影响,可以得到较高的灵敏度和信噪比.光声成像则是将光信号通过热膨胀转化为声信号,避免了光散射的影响,具有较高的组织穿透深度.本文针对半导体共轭聚合物光学探针在自发光成像和光声成像技术中的应用进行综述,重点介绍了半导体共轭聚合物光学探针用于增强自发光成像、光声成像的信号强度的设计策略,以及响应型光声探针的设计原理.阐述了通过降低光学探针与发光底物之间的能隙等策略增强自发光成像信号强度,通过淬灭荧光或加速热扩散等策略放大光声信号,以及通过特异性生物分子识别或相互作用激活的响应型光声探针的具体研究成果.最后,对半导体共轭聚合物光学探针在光学成像领域存在的挑战和前景进行了展望.     

树枝状大分子在荧光生物成像中的研究进展

树枝状大分子是一种具有精确三维结构的纳米材料。目前,对于树枝状大分子的研究,逐渐从合成和表征各式各样的树枝状大分子转向到对其特殊功能和应用的研究。传统的荧光成像探针大多数为小分子化合物,其发展受到特异性低、稳定性差、停留时间短、可修饰基团少和毒性大等缺点的限制。树枝状大分子具备独特的分子结构如大量可设计性的末端官能团和广阔的分子内空腔以及选择多样化的优势,使其在荧光生物成像领域中有良好的应用前景。本文重点介绍了基于树枝状大分子的有机荧光探针和量子点探针在生物成像方面最新的研究进展。     

可激活的NIR-Ⅱ探针用于肿瘤成像

波长位于1000~1700 nm之间的近红外窗口,通常被称为第二近红外(NIR-Ⅱ)窗口,在生物成像方面(荧光成像、光声成像等),该窗口展现出强大的吸引力。相比在可见光(400~700 nm)区域和第一近红外(NIR-Ⅰ,700~900 nm)窗口的传统成像,NIR-Ⅱ生物成像提供了分辨率高和穿透深度深等优点。但是,目前大多数“always-on”探针,并不能实现更高的信噪比。肿瘤微环境响应型智能药物的成像只在肿瘤中触发,可以克服这一局限性。因此,应充分结合肿瘤微环境和NIR-Ⅱ智能响应探针,充分发挥两者的优势,提高肿瘤的精准诊断。本文从不同的病理参数综述了可激活的NIR-Ⅱ荧光探针在生物成像中的最新研究进展,并对这一新兴的领域所面临的机遇和挑战提出看法。     

氟硼二吡咯探针在肿瘤检测中的应用

目前,肿瘤是世界上死亡率最高的疾病之一,早期肿瘤细胞的检测对于肿瘤的预防和治疗具有重要意义。当前针对肿瘤细胞的检测手段主要有X光、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)等,但借助这些手段检测出来的肿瘤细胞通常已生长到中后期,极不利于肿瘤的治疗。荧光成像作为生命科学研究领域常用的手段之一,近年来被用于肿瘤细胞检测,与其他检测方法相比,具有微创、高效、低成本和更加灵敏等优势。氟硼二吡咯(BODIPY)荧光染料作为荧光成像的工具之一,因具有荧光量子产率高、稳定性好、易于修饰等独特优势,被广泛应用于肿瘤细胞检测领域。与常规检测手段相比,BODIPY探针可以靶向肿瘤细胞内细胞器或肿瘤标志物,达到检测早期肿瘤细胞的目的。本文综述了靶向不同标记分子的BODIPY探针的应用,并分析了BODIPY探针的作用机理,以期为肿瘤的临床检测提供更加方便、快捷、直观、灵敏的工具。     

偶氮苯衍生物探针在乏氧细胞成像中的应用

细胞不受控制的生长增殖和异常的血管系统导致肿瘤部位氧气供应不足,氧气浓度低于正常组织。细胞乏氧是大多数实体瘤的共同特征,可用作恶性组织和癌症进展的指标。准确的乏氧检测和成像对癌症患者的诊断和临床治疗至关重要。荧光成像具有高灵敏度、无创、实时等优点,常被用于癌症检查。偶氮基团由于其对荧光基团的荧光猝灭作用和还原断裂荧光恢复的特性,近年来被广泛用来构筑荧光探针,用于乏氧细胞成像。本文按不同的构筑策略分类介绍偶氮苯衍生物探针,阐述它们的作用机理和成像能力,并对此类探针的局限和未来发展进行总结和展望。     

单分子定位超分辨显微成像有机荧光探针的研究进展

在生物医学领域,对纳米尺寸级别的微小生物目标进行精确定位研究具有非常重要的意义,而光学显微成像技术为此提供了强有力的工具。 光学显微成像技术受到光学衍射极限的限制,难以分辨尺寸在衍射极限(<200 nm)以下的生物结构,无法直接获取微小生物结构信息,阻碍了生物医学的进一步发展。 近年来,随着纳米分辨显微成像技术的出现,新型荧光探针的开发、成像系统与设备的不断发展及成像算法不断完善地深入结合,促进了光学衍射极限以下尺寸微观目标的研究。 基于单分子定位的超分辨荧光显微成像(SMLM)包括光激活定位成像(PALM)与随机光学重构超分辨成像(STORM),将有机荧光探针与超分辨光学显微成像技术紧密结合在一起,荧光探针的光物理性质直接决定着超分辨成像结果的好坏。 因此,设计不同性能的荧光探针可以实现超精细结构的不同超分辨成像,为研究其生物学功能提供了有力的工具。 本文着重围绕基于SMLM的原理、有机荧光探针的设计要求、用于SMLM的荧光探针种类及其生物应用等方面进行总结综述,指出了单分子定位成像上存在的不足,并对其发展方向进行了展望,希望为对超分辨成像研究感兴趣或初涉该领域的研究者提供成像理论与探针设计方面的帮助。     

叶酸受体介导的肿瘤靶向光学成像技术

叶酸受体(FR)在肿瘤细胞中都有过度表达,而在正常组织中保守表达,利用叶酸受体与叶酸及其类似物高亲合力结合的特性,将叶酸偶联荧光探针输送到肿瘤组织,从而实现肿瘤组织的特异性靶向光学成像。本文阐述了叶酸荧光探针的结构及其用于标记肿瘤细胞的作用机制,介绍了近十年来叶酸受体介导的肿瘤靶向光学成像技术,例如有机荧光染料,染料掺杂纳米颗粒,量子点,磁性纳米微粒以及多功能纳米粒子等在肿瘤靶向成像中的研究及应用进展,指出了当前研究中的主要发展方向和仍需解决的问题。     

透明质酸-量子点的制备及应用

基于量子点(QD)独特的光学成像特性, 采用化学合成法制备了透明质酸(HA)修饰的水溶性纳米量子点(HA-QD), 并将其应用于特异性受体CD44的识别研究中. 体外细胞实验结果证实, 在透明质酸受体的介导下, 该纳米复合物可使小鼠肺腺癌细胞LA795显示特异性的荧光成像. 本研究为建立针对透明质酸受体的肿瘤活体检测及研究肿瘤的发生发展提供了重要的纳米靶向荧光探针.     

基于硅杂蒽类染料的荧光探针及其应用

近年来,荧光成像技术为人们研究活体细胞及组织内的化学生物学过程提供了有效的研究工具,可以无损、实时、原位地以高时空分辨率实现对目标物进行生物荧光成像与分析。荧光成像技术在生物学、环境监测、临床诊断和药物发现等诸多研究领域发挥着越来越重要的作用。生物荧光成像技术的最新进展对发展新型小分子荧光染料及探针提出了更高的要求。激发和发射波长位于近红外光区（600~900 nm）的荧光染料及探针由于具有光毒性低、生物分子自发荧光干扰小、光散射低、组织穿透能力强等优点,非常适合用于生物荧光成像领域。通过将罗丹明分子中O桥原子用Si代替,得到了一类新型的探针分子--硅杂蒽类荧光探针。这类染料分子在保留了氧杂蒽荧光染料优越的光学性质的同时,光谱发生明显红移,满足了近红外荧光检测的要求,具有良好的生物相容性。本文综述了近年来基于硅杂蒽及其衍生物荧光探针的合成及在金属离子、pH值、小分子、生物酶等检测方面的研究进展,并且简要阐述了基于硅杂蒽类探针分子的识别检测机理以及其在生物成像等方面的应用。