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恒光講堂|腎排泄型熒光多肽探針用于紅外二區(qū)活體腫瘤成像

時(shí)間:2021/2/23閱讀:344
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 本文要點(diǎn):作者開發(fā)了一款新型多肽CP,可靶向腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物CD133,將其與近紅外熒光探針偶聯(lián)后(CP-IRT),該探針在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了有效地腫瘤靶向,其腫瘤與正常組織的信噪比大于8,此外,得益于多肽的修飾,該探針可以在6小時(shí)內(nèi)被腎臟代謝87%。


基于配體-受體介導(dǎo)的分子識(shí)別腫瘤生物標(biāo)志物靶向探針在體內(nèi)成像、癌癥早期診斷和靶向治療方面越來越受到人們的關(guān)注,作為小分子界面配體,多肽具有細(xì)胞穿透性,低免疫原性,高生物相容性和易于合成的特點(diǎn)。如今,可以生產(chǎn)具有特定結(jié)合特性的肽,使其具有與多種靶標(biāo)(包括癌癥生物標(biāo)志物蛋白)的結(jié)合特性。與抗體相比,多肽可以提供相似的高親和力和選擇性,而無需復(fù)雜的結(jié)構(gòu),并且在較小的尺寸和更快地從體內(nèi)清除方面具有優(yōu)勢(shì),多肽也可用于與抗體不兼容的有機(jī)溶劑中的化學(xué)反應(yīng)。研究表明,在NIR-II窗口(1000-1700 nm)中發(fā)射更長波長的熒光探針可以從減少的光散射中受益,從而可以使生物組織的成像深度更深。NIR-II熒光成像還受益于組織自發(fā)熒光的減少,在亞厘米成像深度具有高信噪比的情況下還可以提高空間分辨率。到目前為止,NIR-II熒光團(tuán)已包括無機(jī)納米材料(碳納米管,量子點(diǎn)和稀土納米顆粒)以及聚合物或脂質(zhì)體包裹的疏水有機(jī)染料,這些納米探針缺乏快速排泄的能力。基于納米粒子的NIR-II顯像劑大部分保留在肝臟和脾臟中,并通過糞便途徑緩慢排出,較長的保留時(shí)間導(dǎo)致了長期的安全隱患?;谝陨希髡唛_發(fā)了一款新型肽CP(圖1a)用于靶向腫瘤標(biāo)志物CD133受體,與D-A-D型染料通過點(diǎn)擊化學(xué)偶聯(lián)后,可以快速通過腎臟排泄。

 

圖1:a)CP的化學(xué)結(jié)構(gòu):b)對(duì)CD133進(jìn)行CP的SPRi檢測(cè);c)CP配體和CD133受體的分子對(duì)接模擬示意圖;d)FITC標(biāo)記的CP(綠色通道)和PE標(biāo)記的CD133抗體(紅色通道)與HT-29細(xì)胞核指示劑Hoechst33342(藍(lán)色通道)共定位。

 

作者首先研究了探針的細(xì)胞成像性能。利用等離子體金芯片,作者驗(yàn)證CP-IRT探針的CD133的靶向性,如圖2a所示,CD133陽性細(xì)胞系HT-29和U87MG細(xì)胞熒光均強(qiáng)于CD133陰性細(xì)胞系HEK293T,這表明CP-IRT探針對(duì)CD133的親和力較高,體外細(xì)胞成像進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)結(jié)論(如圖2b所示)。

 

圖2:a)等離子體金芯片法用于檢測(cè)CP-IRT的靶向性能;b)CP-IRT對(duì)CD133陽性細(xì)胞系HT-29和U87MG以及CD133陰性細(xì)胞系HEK293T細(xì)胞成像實(shí)驗(yàn)。

 

作者隨后進(jìn)行了動(dòng)物體內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)。利用HT-29移植瘤小鼠模型,尾靜脈注射探針后,在初始階段便可以觀察到小鼠的血管(圖3a),在兩小時(shí)后,腫瘤/正常組織信噪比達(dá)到大(T/NT≈8.3),而不修飾靶向肽的Free-IRT探針則不能有效富集于腫瘤組織(圖3d),預(yù)先注射阻斷劑量的CP肽使得CD1333受體被飽和,隨后注射探針,同樣在兩小時(shí)成像時(shí)發(fā)現(xiàn)腫瘤的熒光信號(hào)降低,這說明CD133受體被飽和。

 

圖3:a)靜脈注射CP-IRT并在808 nm激光激發(fā)下,利用1200 nm長通濾光片對(duì)CD133+腫瘤小鼠在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行成像;b)荷瘤的C57BL/6小鼠的光學(xué)數(shù)碼照片,藍(lán)色邊框是NIRⅡ成像視圖;c)注射CP-IRT后2h整個(gè)小鼠體內(nèi)的熒光強(qiáng)度分布圖,包括肝臟和腫瘤;d)CP-IRT與Free IRT的T/NT信噪比隨時(shí)間變化的曲線;e)僅由CP肽阻斷后,對(duì)CP-IRT注射后第2h進(jìn)行NIR-II成像。

 

作者對(duì)探針的排泄行為進(jìn)行研究。在注射探針后,NIRⅡ成像顯示大多數(shù)探針由膀胱排泄,如圖4a所示,在第370s時(shí)膀胱顯示出熒光信號(hào),在150s時(shí)可以觀察到小鼠兩個(gè)尿道的熒光信號(hào)(圖4b),從而實(shí)現(xiàn)了尿道無創(chuàng)成像,為未來研究動(dòng)物尿道疾病提供了工具。作者對(duì)比了多肽偶聯(lián)探針與抗體偶聯(lián)探針的腎臟排泄性能。作者將CP-IRT的排泄行為與蛋白質(zhì)和抗體偶聯(lián)的IRT的排泄行為進(jìn)行了比較,相對(duì)于分子量約100 kDa的肽,抗體是大型的功能蛋白。作者發(fā)現(xiàn)IRT染料與抗體和較小的蛋白質(zhì)(如牛血清白蛋白(BSA))結(jié)合可導(dǎo)致肝臟高攝取而無腎臟排泄(圖4c)。動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量(圖4d)顯示CP-IRT尺寸約為5 nm(在腎臟排泄范圍內(nèi)),而BSA-IRT尺寸約為25 nm,遠(yuǎn)高于腎臟濾過界限。因此,具有小的有機(jī)NIR-II染料的多肽偶聯(lián)探針顯示出從主要器官中快速清除的優(yōu)勢(shì),而沒有在RES系統(tǒng)中長期保留的問題,而這通常是用抗體染料探針或基于納米顆粒的熒光團(tuán)所常見的。

 

圖4:a)靜脈注射CP-IRT后仰臥位小鼠的視頻速率NIR-II成像(1200 nm LP,200 ms);b)注射CP-IRT后進(jìn)行高分辨尿道成像;c)靜脈內(nèi)注射蛋白結(jié)合型IRT后對(duì)仰臥位的小鼠的視頻速率NIR-II成像(1200 nm LP,200 ms);d)IRT,CP-IRT和蛋白質(zhì)-IRT的動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量

參考文獻(xiàn)

Wang W , Ma Z , Zhu S , et al. Molecular Cancer Imaging in the Second Near-Infrared Window Using a Renal-Excreted NIR-II Fluorophore-Peptide Probe.[J]. Advanced Materials, 2018:e1800106.

 

 

NIR-II in vivo imaging system 

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機(jī),活體穿透深度高于15mm。

熒光壽命 - 分辨率優(yōu)于 5us
多模態(tài)系統(tǒng) - 可擴(kuò)展X射線輻照、熒光壽命、一區(qū)熒光成像、原位成像光譜,CT等
 

 

上海恒光智影醫(yī)療科技有限公司,專注于紅外二區(qū)成像技術(shù)。致力于為生物醫(yī)學(xué)、臨床前和臨床應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供*的、一體化的成像解決方案。自主研發(fā)的紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)-MARS。

同時(shí),恒光智影還具備探針研發(fā)能力,我們已經(jīng)成功研發(fā)了超過15種探針,這些探針將廣泛地應(yīng)用于眾多生物科技前沿領(lǐng)域的相關(guān)研究中。

 

 

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