Nat. Commun.: 磁性石墨納米膠囊用于幽門螺旋桿菌的原位靶向磁共振檢測

【引言】

胃癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，而大部分胃癌的發生可歸因于幽門螺旋桿菌（H. pylori）感染。因此對幽門螺旋桿菌的快速精確檢測對于胃癌的診斷及治療十分重要。現有的H. pylori診斷方法有很多，如組織學檢查、細菌培養、尿素呼氣試驗等，但這些方法尚不能完全實現對H. pylori無痛、快速直接的原位檢測。

磁共振成像（MRI）作為一種無創傷、無射線的醫學影像檢測手段，可以提供高分辨率的軟組織影像，因此有望成為一種H. pylori的原位無創檢測手段。臨床上應用最廣泛的造影劑為軋的絡合物，但Gd3+在體內沉積存在毒性，Mn2+無毒性問題，但無法在胃黏膜的低PH值條件下穩定存在。因此，仍需開發能夠在強酸性條件下穩定存在的MRI造影劑。

【成果簡介】

近日，湖南大學陳卓教授（通訊作者）與譚蔚泓院士在Nature Communications上發表了題為“In situ targeted MRI detection of Helicobacter pylori with stable magnetic graphitic nanocapsules”的文章。該文章報道了一種磁性石墨納米膠囊（MGNs），該磁性納米膠囊可在胃黏膜的酸性條件下穩定存在，經硼酸聚乙二醇（B-PEG）修飾后可靶向癌細胞。在該造影劑的作用下，通過T2-加權磁共振圖像和拉曼胃黏膜顯像可以對幽門螺旋桿菌實現有效的原位檢測。

【圖文導讀】

圖1：MGNs性能表征

(a)MGNs的高分辨透射電鏡圖（標尺5 nm）；

(b)MGNs的拉曼圖譜（激發波長633 nm）；

(c)MGNs的MRI-T2馳豫特性；

(d)MTS法測試的細胞活性。

圖2：MGNs的抗酸性

(a)MGNs和SPIONs在加入1 M HCl 后的紫外-可見吸收光譜；

(b)MGNs和SPIONs在加入1 M HCl 后的MRI-T2馳豫特性；

(c)MGNs和SPIONs經1 M HCl 處理20 min后的高分辨透射電鏡圖像（標尺5 nm）；

(d) MGNs和SPIONs在加入1 M HCl 后的T2-加權磁共振圖像。

圖3：MGNs和SPIONs在模擬胃酸環境（pH=0）中的穩定性

(a) 紫外-可見吸收光譜；

(b) MR T2 馳豫特性；

(c) T2-加權磁共振圖像；

(d) c中圖像所對應的MRI-T2信號值（**P＜0.01）；

(e-g) MGC-803細胞(e)，BALB/c小鼠胃黏膜組織(f)及BALB/c小鼠(g)在注射了經胃酸處理不同時間后 的MGNs和SPIONs的T2-加權磁共振圖像；

(h) g中圖像所對應的MRI-T2信號值（**P＜0.01）；

圖4：B-PEG功能化的MGN的合成及表征

(a)B-PEG的合成及對MGN的功能化示意圖；

(b)B-PEG功能化的MGNs的熒光光譜；

(c)MGNs在B-PEG修飾前后的拉曼圖譜。

圖5：在MGN@B-PEG作用下對H. pylori的體外檢測

(a) MGN@B-PEG 對H. pylori的檢測示意圖；

(b) H. pylor的激光共聚焦圖像（標尺50 nm）；

(c) MGN@ B-PEG處理前后的H. pylor的拉曼圖譜；

(d) 在MGN 或 MGN@B-PEG 處理不同時間時H. pylor的T2-加權磁共振圖像；

(f) 在MGN@B-PEG培養下，不同濃度H. pylor的的T2-加權磁共振圖像；

(h) 感染H. pylo后的BALB/c小鼠胃黏膜組織在不同處理條件下的T2-加權磁共振圖像；

(e, g, i) 圖(d, f, h)中所對應的MRI-T2信號值（**P＜0.01）

圖6：在MGN@B-PEG作用下對被感染BALB/c小鼠的H. pylori檢測

(a)革蘭氏染色的被感染BALB/c小鼠的胃黏膜切片照片（標尺10 μm，切片厚度10 μm）；

(b)不同處理條件下BALB/c小鼠經過不同時間后的T2-加權磁共振圖像；

(c)圖b中各圖像所對應的MRI-T2信號值（**P＜0.01）；

(d)圖b中對應小鼠胃黏膜切片的拉曼照片及圖譜（標尺10 nm,切片厚度50 nm）。

【小結】

該文所報道的磁性石墨納米膠囊可通過外層石墨有效防止胃部酸性環境對磁性核的腐蝕，且不影響其體內及體外的T2-加權磁共振成像效果。而功能化的MGNs還可以實現對幽門螺旋桿菌的靶向檢測。該項工作的成功表明MGNs有望在更多體內惡劣環境下得到應用，如腫瘤的靶向成像、診斷，光熱治療及靶向藥物輸送等。

文獻信息：In situ targeted MRI detection of Helicobacter pylori with stable magnetic graphitic nanocapsules（Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/ncomms15653）

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