核壳结构纳米探针用于神经胶质瘤的多模态诊断

【成果简介】

 近日，中国科学院自动化研究所田捷研究员、王坤副研究员和西安电子科技大学王忠良教授（共同通讯作者）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径的核壳结构Au@MIL-88（A）纳米粒子。这种核壳纳米复合材料同时具备了金纳米棒内核的CT增强和PAI光学特性以及NMOF外壳的T2加权磁共振成像特性。该纳米复合物的表面采用PEG-COOH修饰以防止其在体内试验的过程中结块。修饰后的纳米粒子Au@MIL-88（Fe）在神经胶质瘤的体内试验中，其CT、MRI和PAI成像效果显著增强。该成果以“CoreShell Gold Nanorod@MetalOrganic Framework Nanoprobes for Multimodality Diagnosis of Glioma ”为题于2016年11月18日发表在Advanced Materials期刊上。

 【图文导读】

流程图1 Au@MIL-88（Fe）纳米星的合成及应用

（a）Au@MIL-88（Fe）纳米星的合成路线；

（b）在基于多模态成像的肿瘤诊断中的应用。

图1 Au@MIL-88（A）纳米粒子的表征

（a）Au@MIL-88（A）纳米粒子的TEM照片；

（b，c）Au@MIL-88（A）纳米粒子的SEM照片；

（d）磷酸盐缓冲液中的Au@MIL-88（A）的DLS粒径；

（e）Au纳米棒和Au@MIL-88（A）的紫外可见吸收光谱；

（f）Au@MIL-88（A）、MIL-88（Fe）和模拟得到的Au晶体的X射线粉末衍射图谱；

（g）Au@MIL-88（A）纳米粒子的STEM-EDS面扫描元素分布。

图2 纳米粒子的性质

（a，d）不同浓度的Au@MIL-88（Fe）的T2加权核磁共振成像（a）和T2弛豫率（d）；

（b，e）不同浓度的Au@MIL-88（Fe）的CT图像（b）和CT值（e）；

（c，f）不同浓度的Au@MIL-88（Fe）水溶液的光声成像（c）和光吸收值（f）；

（g）磷酸盐缓冲液中光吸收的稳定性。

图3 纳米粒子对细胞内吞作用和细胞毒性的体外评价

（a）不同浓度Au@MIL-88（Fe）下的细胞活性分析；

（b）孵育不同细胞系后的细胞活性；

（c-e）加入ICG/ Au@MIL-88（Fe）培养后U87MG细胞的荧光显微图像

图4 皮下荷有肿瘤U87MG的小鼠的体内三模态成像

（a，b）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠的CT图像；

（c，d）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠的T2加权核磁共振成像；

（e，f）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠体内肿瘤的光声成像；

（g）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠体内肿瘤的定量MRI信号和CT值；

（h）肿瘤的生物发光成像。

图5 荷有U87MG原位瘤小鼠的体内三模态成像

（a，b）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠的CT图像；

（c，d）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）前后小鼠的T2加权核磁共振成像；

（e，f）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠体内肿瘤的光声成像；

（g）静脉注射Au@MIL-88（Fe）（2mg/mL，200μL）12小时前后小鼠体内肿瘤的定量MRI信号和CT值；

（h）肿瘤的生物发光成像。

图6 静脉注射Au@MIL-88（Fe）后裸鼠体内胶质瘤组织切片的H&E染色

（a，d）只采用H&E染色；

（b，e）脑的插图和切片；

（c，f）普鲁士蓝染色的照片

【总结与展望】

该团队合成的核壳结构Au@MIL-88（Fe）纳米粒子，在神经胶质瘤的多模态成像上表现出良好的效果，尤其是有望减少中风病人在CT成像时受到的辐射。其CT和MRI图像穿透深度大且结构清晰，其PAI图像探测清晰、空间分辨率和对比度高。尽管这项研究还处于初期阶段，但研究人员相信，这种核壳结构纳米复合材料为三模态分子成像提供了机会，将有望从临床前研究走向临床研究。