Adv. Mater. 核殼結構Au@MOF納米探針用于神經膠質瘤的多模態診斷

【引言】

神經膠質瘤簡稱膠質瘤，是最常見的原發性中樞神經系統腫瘤，具有較高的致死率。盡管在膠質瘤診斷上已經取得了顯著進展，但仍存在許多挑戰，例如早期和綜合診斷。然而，單模態成像無法提供不同類型腫瘤的特征信息。傳統的成像手段（如計算機斷層掃描（CT）、磁共振成像（MRI）和光聲成像（PAI）等）存在一些固有缺陷，例如分辨率有限、穿透成像深度淺、空間分辨率差等等。為了解決這個問題，許多研究致力于發展多模態成像探針，在單個系統中整合多種圖像增強行為，以實現多模態成像功能。包含一個金屬核的納米級金屬有機框架（NMOFs）材料表現出豐富的光學和磁學特性，同時具有強的X射線衰減，因此是組裝多功能顯像劑的理想候選材料。

【成果簡介】

?近日，中國科學院自動化研究所田捷研究員、王坤副研究員和西安電子科技大學王忠良教授（共同通訊作者）等人采用微乳液方法在N,N-二甲基甲酰胺相中合成了小粒徑的核殼結構Au@MIL-88（A）納米粒子。這種核殼納米復合材料同時具備了金納米棒內核的CT增強和PAI光學特性以及NMOF外殼的T2加權磁共振成像特性。該納米復合物的表面采用PEG-COOH修飾以防止其在體內試驗的過程中結塊。修飾后的納米粒子Au@MIL-88（Fe）在神經膠質瘤的體內試驗中，其CT、MRI和PAI成像效果顯著增強。該成果以“Core–Shell Gold Nanorod@Metal–Organic Framework Nanoprobes for Multimodality Diagnosis of Glioma?”為題于2016年11月18日發表在Advanced Materials期刊上。

?【圖文導讀】

流程圖1 Au@MIL-88（Fe）納米星的合成及應用

（a）Au@MIL-88（Fe）納米星的合成路線；

（b）在基于多模態成像的腫瘤診斷中的應用。

圖1 Au@MIL-88（A）納米粒子的表征

（a）Au@MIL-88（A）納米粒子的TEM照片；

（b，c）Au@MIL-88（A）納米粒子的SEM照片；

（d）磷酸鹽緩沖液中的Au@MIL-88（A）的DLS粒徑；

（e）Au納米棒和Au@MIL-88（A）的紫外可見吸收光譜；

（f）Au@MIL-88（A）、MIL-88（Fe）和模擬得到的Au晶體的X射線粉末衍射圖譜；

（g）Au@MIL-88（A）納米粒子的STEM-EDS面掃描元素分布。

圖2 納米粒子的性質

（a，d）不同濃度的Au@MIL-88（Fe）的T2加權核磁共振成像（a）和T2弛豫率（d）；

（b，e）不同濃度的Au@MIL-88（Fe）的CT圖像（b）和CT值（e）；

（c，f）不同濃度的Au@MIL-88（Fe）水溶液的光聲成像（c）和光吸收值（f）；

（g）磷酸鹽緩沖液中光吸收的穩定性。

圖3 納米粒子對細胞內吞作用和細胞毒性的體外評價

（a）不同濃度Au@MIL-88（Fe）下的細胞活性分析；

（b）孵育不同細胞系后的細胞活性；

（c-e）加入ICG/ Au@MIL-88（Fe）培養后U87MG細胞的熒光顯微圖像

圖4 皮下荷有腫瘤U87MG的小鼠的體內三模態成像

（a，b）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠的CT圖像；

（c，d）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠的T2加權核磁共振成像；

（e，f）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠體內腫瘤的光聲成像；

（g）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠體內腫瘤的定量MRI信號和CT值；

（h）腫瘤的生物發光成像。

圖5 荷有U87MG原位瘤小鼠的體內三模態成像

（a，b）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠的CT圖像；

（c，d）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）前后小鼠的T2加權核磁共振成像；

（e，f）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠體內腫瘤的光聲成像；

（g）靜脈注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小時前后小鼠體內腫瘤的定量MRI信號和CT值；

（h）腫瘤的生物發光成像。

圖6 靜脈注射Au@MIL-88（Fe）后裸鼠體內膠質瘤組織切片的H&E染色

（a，d）只采用H&E染色；

（b，e）腦的插圖和切片；

（c，f）普魯士藍染色的照片

【總結與展望】

該團隊合成的核殼結構Au@MIL-88（Fe）納米粒子，在神經膠質瘤的多模態成像上表現出良好的效果，尤其是有望減少中風病人在CT成像時受到的輻射。其CT和MRI圖像穿透深度大且結構清晰，其PAI圖像探測清晰、空間分辨率和對比度高。盡管這項研究還處于初期階段，但研究人員相信，這種核殼結構納米復合材料為三模態分子成像提供了機會，將有望從臨床前研究走向臨床研究。

?文獻鏈接:?Core–Shell Gold Nanorod@Metal–Organic Framework Nanoprobes for Multimodality Diagnosis of Glioma (Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201604381)

【通訊作者簡介】

田捷，工學博士，IEEE Fellow，IAMBE Fellow，SPIE Fellow。現為中國科學院自動化研究所研究員，中國科學院大學博士生導師。國家杰出青年科學基金獲得者，中科院“百人計劃”入選者，國家“百千萬人才工程”國家級人選，全國優秀科技工作者，兩項國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）首席科學家，中國自動化學會常務理事、副秘書長兼中國自動化學會模式識別與機器智能專業會員會主任，中國生物物理學會分子影像學專業委員會主任（首屆），分子影像北京市重點實驗室和中國科學院分子影像重點實驗室主任。（資料來源：中國科學院自動化研究所官網）

王坤，中國科學院自動化研究所副研究員，中國生物物理學會分子影像專業委員會，副秘書長。2011年獲英國紐卡斯爾大學醫學院醫學影像博士，主要研究領域為光學、光聲、超聲、磁共振等多模態分子影像的成像方法研究、成像設備研制和生物醫學應用。（資料來源：中國科學院自動化研究所官網）

王忠良，西安電子科技大學生命科學技術學院副院長，教授，博士生導師，中組部第十一批“青年千人計劃”（2014年）入選者。2015年初開始組建“分子影像與轉化醫學”研究室并擔任組長。近年來，一直從事多模分子影像和納米醫學方面的研究工作，并取得了一系列重要的研究成果。截至目前，在Science、PNAS、Angew、AM、ACS Nano等國際核心期刊上發表SCI論文20余篇，總影響因子達到143。多篇文章發表后被Nat. Mater., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Angew. Chem.等國際頂級期刊選為亮點報道、專題新聞或者期刊封面。擁有1項美國授權發明專利和2項中國授權發明專利。（資料來源于王忠良課題組主頁）

本文由材料人生物材料組Sea供稿，材料牛編輯整理。

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