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.     

多种超分辨荧光成像技术比较和进展评述

所见即所得是生命科学研究的中心哲学,贯穿在不断认识单个分子、分子复合体、分子动态行为和整个分子网络的历程中.活的动态的分子才是有功能的,这决定了荧光显微成像在生命科学研究中成为不可替代的工具.但是当荧光成像聚焦到分子水平的时候,所见并不能给出想要得到的.这个障碍是由于受光学衍射极限的限制,荧光显微镜无法在衍射受限的空间...     

Radiochemical Synthesis of 4-[18F]FluorobenzylAzide and Its Conjugation with EGFR-Specific Aptamers

Central nervous system tumors related to gliomas are of neuroectodermal origin and cover about 30% of all primary brain tumors. Glioma is not susceptible to any therapy and surgical attack remains one of the main approaches to its treatment. Preoperative tumor imaging methods, such as positron emission tomography (PET), are currently used to distinguish malignant tissue to increase the accuracy of glioma removal. However, PET is lacking a specific visualization of cells possessing certain molecular markers. Here, we report an application of aptamers to enhancing specificity in imaging tumor cells bearing the epidermal growth factor receptor (EGFR). Glioblastoma is characterized by increased EGFR expression, as well as mutations of this receptor associated with active division, migration, and adhesion of tumor cells. Since 2021, EGFR has been included into the WHO classification of gliomas as a molecular genetic marker. To obtain conjugates of aptamers GR20 and GOL1-specific to EGFR, a 4-[¹⁸F]fluorobenzylazide radiotracer was used as a synthon. For the production of the synthon, a method of automatic synthesis on an Eckert & Ziegler research module was adapted and modified using spirocyclic iodonium ylide as a precursor. Conjugation of 4-[¹⁸F]fluorobenzylazide and alkyne-modified aptamers was carried out using Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) with/without the TBTA ligand. As a result, it was possible to obtain ¹⁸F-labelled conjugates with 97% radiochemical purity for [¹⁸F]FB-GR20 and 98% for [¹⁸F]FB-GOL1. The obtained conjugates can be used for further studies in PET analysis on model animals with grafted glioblastoma.     

小分子基温敏聚合物纳米粒子的制备及在近红外二区荧光成像与光热治疗中的应用

以有机小分子4,9-二(5-9H-芴-2-基-噻吩-2-基)-6',7-联苯[1,2,5]噻二唑并[3,4-g]喹喔啉(TQF)为前驱体, 通过化学方法将其修饰为可引发可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应的小分子链转移剂TQF-苯基硫代链 转移剂（CTA）. 以TQF-CTA为链转移剂, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 引发N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)和 甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(OEGMA)发生RAFT聚合反应, 合成了具有良好水溶性和较低临界溶解温度(LCST)的小分子基共聚物[TQF-P(NIPAAm-co-OEGMA), TPNO]. 将其直接溶于水中可制备成温敏的球形纳米粒子 TPNO NPs. 研究结果表明, TPNO NPs在温度大于LCST(35 ℃)时表现出一个明显的粒径变化和显著的荧光 增强行为(2.2倍), 并成功实现了对活体小鼠血管与肿瘤的明亮近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光成像(FI). 同时, TPNO NPs有着良好的光热转换效率(PCE=29.8%), 通过体外细胞实验证明了其对细胞具有较好的光热治疗(PTT)效果.     

溶酶体靶向吲哚氟硼二吡咯光敏剂的合成、双光子荧光成像及光动力治疗

通过Knoevenagel缩合反应制备了一个具有溶酶体靶向的近红外光敏剂IMBDP-Lys, 用于双光子荧光成像和光动力治疗. IMBDP-Lys由2个吲哚吗啉功能团连接到氟硼二吡咯(BODIPY)母核的3?位和8?位构筑而成, 是一种重原子诱导的光敏剂. 采用高斯09W理论计算光敏剂S₁态和T₂态能量值相差0.12 eV, 可以有效地发生系间窜越. 在二氯甲烷溶液中, 光敏剂IMBDP-Lys的最大吸收波长为631 nm, 最大发射波长为684 nm. 在 660 nm的光照下, 以亚甲基蓝为参比, 单线态氧量子产率经计算为48.3%. 此外, 含有2个吗啉基团的光敏剂IMBDP-Lys具有良好的生物相容性和精准的靶向能力, 可以快速地进入斑马鱼体内进行双光子荧光成像, 并且与溶酶体绿色染料Lyso-Tracker Green共定位系数为0.95. 溴化噻唑蓝四氮唑(MTT)实验结果表明, 光敏剂具有低的暗毒性(≥85%)和高的光毒性(IC₅₀=0.52 μmol/L). 在660 nm的光照下, 利用活性氧荧光探针2’,7’-二氯二氢荧光素二乙酸酯（DCFH-DA）证明光敏剂可以产生活性氧, 同时吖啶橙/溴化乙锭(AO/EB)染色实验和细胞迁移实验表明产生的活性氧不仅能诱导A549细胞凋亡, 还能有效地抑制肿瘤细胞迁移. 因此, 近红外光敏剂IMBDP-Lys在双光子荧光成像和溶酶体靶向的光动力治疗中具有重要的应用价值.     

磁粒子成像示踪剂的研究进展

磁粒子成像是基于功能和断层影像技术检测磁性纳米粒子空间分布的示踪方法, 具有正向的对比信号、 较低的组织背景、 无限的组织穿透深度、 非侵入性成像以及无电离辐射等优点, 是近年来一种很有前途的生物医学成像技术. 磁粒子成像信号是通过在无场点切换磁性纳米粒子的磁自旋矢量来产生的. 磁粒子成像的灵敏度和空间分辨率都高度依赖于作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子本身的磁性能, 因此目前的研究主要集中在磁性纳米粒子的设计和合成上. 本文重点介绍了磁粒子成像示踪剂的最新研究进展, 总结了可作为磁粒子成像示踪剂的磁性纳米粒子的种类、 合成方法、 性能以及生物医学应用, 以期为磁粒子成像的未来研究提供参考.     

同步辐射X射线成像技术在脑成像研究中的应用

脑疾病的诊疗、 探索高级脑功能机制和理解意识本源对脑科学研究具有重要意义. 成像技术在阐明脑科学神经系统结构和功能中发挥了重要作用. 迄今, 核磁共振成像、 光学成像和电子显微镜成像技术已为脑科学研究提供了强有力的手段, 取得了突出的进展. 同步辐射X射线显微成像技术具有高分辨率、 快成像速度和高穿透深度等优点, 是一类与已有技术互补的新型脑成像技术. 本文介绍了核磁共振波谱、 光学显微镜和电子显微镜等成像方法在脑成像领域中的应用, 重点阐述了同步辐射X射线成像的优势以及在脑结构成像和功能成像中的应用. 在此基础上, 展望了同步辐射X射线成像应用于脑科学研究的未来发展方向, 讨论了该技术在绘制人脑联接图谱中的优势及可行性.     

自组装多肽探针在磁共振成像中的应用

磁共振成像(MRI)是一种强大的非侵入式生物医学诊断技术. 临床上, MRI需要借助造影剂来提高成像质量, 从而提高诊断的准确性. 由于具有优越的信号放大能力和生物相容性, 自组装多肽探针可负载特定的MRI分子, 通过酶促自组装过程实现肿瘤靶向和特异性富集, 增强肿瘤病灶区MRI信号, 从而进一步提高MRI的准确性和灵敏度. 本综述总结了近年来多肽自组装探针在不同MRI模式( ¹H MRI, ¹⁹F MRI和双自旋核MRI)下的最新进展, 并展望了这类新型探针在MRI领域的应用前景.     

碳酸酐酶靶向探针的研究进展

碳酸酐酶作为一类在肿瘤中高表达的酶, 参与肿瘤组织中乏氧、 微酸性等环境的调节, 已成为肿瘤诊断与治疗的一类重要靶点. 本文简要概述了碳酸酐酶的生物学功能, 并总结了目前针对碳酸酐酶所构建的不同类型的分子探针, 以及其在肿瘤成像与治疗应用中的研究进展. 最后, 对靶向碳酸酐酶探针研究所面临的挑战和未来可能的研究方向进行了展望.     

单细胞核酸编码扩增成像分析

单细胞成像可在单细胞水平观测目标物位置、 确定目标物含量, 在生命科学与临床医学研究领域应用广泛. 核酸编码扩增技术利用特定分子反应将待测目标识别转化为核酸条码的扩增, 具有探针种类多、 易编程、 反应条件温和及信号放大效率高等特点, 在单细胞低丰度、 高灵敏、 多目标物成像中优势显著, 为理解细胞状态、 探索生命过程提供了新思路. 本文综合评述了核酸编码扩增在单细胞荧光成像领域的研究进展, 以目标物的编码方式为分类依据, 系统阐述了固定细胞原位成像和活细胞成像中不同目标物编码与扩增成像方式的区别, 并对活细胞成像中多重检测面临的问题以及未来发展前景进行了展望.