陈春英课题组在利用乏氧响应组装的超小氧化铁纳米颗粒放大肿瘤成像信号方面取得新进展

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近日，国家纳米科学中心陈春英课题组在利用乏氧组装的超小氧化铁纳米颗粒放大肿瘤的荧光和磁共振成像信号方面取得重要进展。相关研究成果“Hypoxia-Triggered Self-Assembly of Ultrasmall Iron Oxide Nanoparticles to Amplify the Imaging Signal of a Tumor”以Supplementary Cover文章发表于《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c10245）。
　　乏氧在实体瘤中非常普遍，对肿瘤的发生、发展、转移和治疗耐受有重要影响，其可以作为治疗预后的一个单独指标。因此，对肿瘤病人的乏氧程度进行预测和评估对于治疗效果的评价和治疗方式的选择具有不可忽视的作用。然而，乏氧区位于肿瘤中远离血管的部位，传统的造影剂很难在此区域进行富集和长效滞留，对于该区域的成像造成了极大的障碍。这一现象对纳米造影材料的渗透性提出更高的设计要求。

肿瘤成像

图：乏氧触发超小氧化铁纳米颗粒组装并放大荧光与核磁成像信号

　　陈春英课题组及其合作团队长期致力于肿瘤乏氧的基础与转化研究，在增强纳米颗粒的肿瘤渗透性、改善肿瘤诊疗效果等方面取得系列进展 (Nano Today 2020, 34, 100907; Science Advance 2019, 5, eaax0937; Advanced Materials, 2020, 2006189; Angew Chem, 2020, 59: 14014-14018; Advanced Materials, 2016, 28, 8950)。课题组近期研究获得的乏氧组装氧化铁纳米颗粒，展现了良好的肿瘤渗透性，以及靶向肿瘤乏氧区域的能力，继而有效地放大肿瘤的荧光与磁共振成像信号，为乏氧肿瘤的评估提供新方法。
　　超小氧化铁纳米颗粒 (UIO) 具有尺寸均一、形貌规整、安全性高和制备方法成熟等优点，是核磁共振T2加权成像造影剂的首选。本研究将硝基咪唑衍生物(Pimo) 作为乏氧触发器修饰在UIO纳米颗粒表面，构建乏氧探针UIO-Pimo。超小尺寸能帮助UIO-Pimo渗透至肿瘤乏氧区；同时，Pimo在乏氧环境、电子供体和硝基还原酶的共同作用下进行生物还原反应，触发大尺寸组装体的形成，提升T2成像信号，增强其所在肿瘤乏氧区磁共振造影的检测灵敏度。据此，本工作还建立了MRI差值法，获得乏氧肿瘤在活体中的三维分布，为该方法的临床应用奠定基础。UIO-Pimo探针同时载带了疏水环境诱导荧光信号增强的NBD分子，该组装体进而实现了增强的荧光信号探测。本研究的乏氧组装策略，能够大大提高纳米颗粒在肿瘤部位的浓度和滞留时间，为克服纳米材料渗透能力有限所带来的治疗局限性提供新的解决方法。
　　国家纳米科学中心助理研究员周会鸽、博士研究生郭梦雨和特聘研究员李佳阳为该文章的共同第一作者，陈春英研究员为通讯作者。上述研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项 （B类）等项目的支持。
      原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c10245。


       文章来源：国家纳米科学中心
      陈春英，国家纳米科学中心研究员、博士生导师。1996年获得华中理工大学生物医学工程专业医学博士学位。1996年11月至2006年5月，中国科学院高能物理研究所博士后并留所工作；2001年9月-2002年9月，瑞典卡罗林斯卡大学诺贝尔医学生物化学研究所博士后。2006年6月加入国家纳米科学中心。先后主持科技部973项目、国家仪器专项、国家自然科学基金、欧盟第六、第七框架计划(EU-FP6&FP7 )、国际原子能机构协调研究计划(IAEA)等多项国内与国际合作项目。中国毒理学会及国际纯粹与应用化学联合会员，担任《Metallomics》、《Nanotoxicology》、《Particle and Fibre Toxicology》和《Current Drug Metabolism》编委。相关研究成果已在Nat Methods, Nat Commun, Chem Soc Rev, Acc Chem Res, PNAS, Nano Lett, Adv Mater, ACS Nano, Small, Biomaterials等国际著名刊物发表学术论文150余篇。中国授权专利14项，国际授权专利1项。2008年获“北京市科学技术二等奖(第二获奖人)”，2011年获“中国标准化杰出人物—创新人物”奖，2012年获“国家自然科学二等奖(第二获奖人)”，2014年获“国家杰出青年科学基金”资助以及“中国青年女科学家奖”，并入选“国家百千万人才工程”、Thomson Reuters公布的“2014年全球高引用科学家”以及“中科院百人计划”。