PNAS：过氧化氢响应性脂质体纳米探针通过体内显色测定用于光声炎症成像和肿瘤诊疗

【引语】

2017年5月8日，PNAS官网在线发表了题为”H₂O₂-responsive liposomal nanoprobe for photoacoustic inflammation imaging and tumor theranostics via in vivo chromogenic assay”的文章。该文章的通讯作者为苏州大学的刘庄教授。这篇文章的主要工作是制备了一种过氧化氢响应性的脂质体纳米探针，可通过体内显色测定实现炎症的光声成像以及肿瘤诊疗。

【成果简介】

过氧化氢在免疫反应、细胞生长等生理过程中扮演者重要的角色，而体内过氧化氢的生产失衡则与癌症、糖尿病等疾病有着密切的联系。因此对过氧化氢的精确灵敏检测不仅有助于疾病的诊断还能提高对疾病机理的理解。现有的体内过氧化氢检测技术包括荧光成像以及生物发光成像技术，然而这些技术被光学成像技术的组织渗透深度所限制，严重妨碍了深层组织过氧化氢的精确检测。

因此，刘庄课题组在本篇文章中发展了一种同时负载辣根过氧化物酶（HRP）及其底物ABTS的脂质体纳米探针（Lipo@HRP&ABTS）。在过氧化氢存在的环境中，这一探针具备高强度的近红外光吸收，不仅能完成生化测定中普遍存在的显色反应还能实现肿瘤的光热治疗。此外可参与与过氧化氢相关的炎症光声成像，其检测限可达亚微摩尔水平。

【图文导读】

图1：Lipo@HRP&ABTS纳米粒子的制备和表征

(A) Lipo@HRP&ABTS纳米粒子的形成、光声成像检测过氧化氢以及光热治疗示意图；

(B) Lipo@HRP&ABTS透射电镜图；

(C) Lipo@HRP&ABTS在PBS和血清中的水合动力学半径；

(D) 利用不同类型活性氧簇孵育的Lipo@HRP&ABTS或者Lipo@ ABTS在800nm处的吸收情况；

(E) 分散在不同过氧化氢浓度缓冲液的Lipo@HRP&ABTS（0.069mg/mL ABTS以及0.0148mg/mLHRP）的紫外-可见-近红外光谱；

(F) 分散在不同过氧化氢浓度缓冲液的Lipo@HRP&ABTS（0.069mg/mL ABTS以及0.0148mg/mLHRP）在800nm处的吸收情况；

(G) 分散在不同过氧化氢浓度缓冲液的Lipo@HRP&ABTS（0.069mg/mL ABTS以及0.0148mg/mLHRP）的光声图像和光声强度。

图2：Lipo@HRP&ABTS的光声成像用于体内炎症检测

(A) 细菌脂多糖（LPS）诱导炎症的Lipo@HRP&ABTS纳米探针的光声成像示意图；

(B) 细菌脂多糖（LPS）诱导炎症的Lipo@HRP&ABTS纳米探针的体内光声成像；

(C) 小鼠腹部800nm光声信号；

(D) LPS注射后口服或者不口服celecoxib的小鼠体内光声图像；

(E) LPS注射后口服或者不口服celecoxib的小鼠在800nm处光声信号；

(F) 细菌诱导炎症的Lipo@HRP&ABTS纳米探针的光声成像示意图；

(G) 细菌脂多糖（LPS）诱导炎症的Lipo@HRP&ABTS纳米探针的体内光声成像及其在800nm处的光声信号强度。

图3：Lipo@HRP&ABTS的光声成像用于体内癌症检测

(A) 皮下肿瘤以及原位脑胶质瘤的Lipo@HRP&ABTS纳米探针的光声成像示意图；

(B) 分别注射Lipo@ ABTS、Lipo@HRP以及Lipo@HRP&ABTS的4T1肿瘤小鼠的光声成像；

(C) (B)中不同实验组小鼠的相对光声信号；

(D) 注射Lipo@HRP&ABTS的4T1肿瘤小鼠不同阶段体内光声图像；

(E) (D)中小鼠的相对光声信号；

(F) 注射Lipo@HRP&ABTS的原位脑胶质瘤小鼠的体内光声成像；

(G) 注射Lipo@HRP&ABTS的原位脑胶质瘤小鼠在800nm处的光声信号强度；

(H) 淋巴转移肿瘤小鼠模型的光声成像示意图；

(I) 注射过Lipo@HRP&ABTS转移或无转移前哨淋巴结（SLNs）的光声成像；

(J) SLNs的相对光声信号强度；

图4：Lipo@HRP&ABTS的体内光热治疗

(A) 分别注射Lipo@ ABTS、Lipo@HRP以及Lipo@HRP&ABTS的4T1肿瘤小鼠在808nm激光辐照下的红外热图像；

(B) 分别注射Lipo@ ABTS、Lipo@HRP以及Lipo@HRP&ABTS的4T1肿瘤小鼠在808nm激光辐照下的肿瘤温度变化曲线；

(C) 肿瘤H&E染色切片；

(D) 肿瘤生长曲线；

(E) 注射Lipo@HRP&ABTS后转移或者无转移的SLNs在808nm激光辐照下的红外热图像；

(F) 注射Lipo@HRP&ABTS后转移或者无转移的SLNs在808nm激光辐照下的温度变化。

【小结】

该项工作的实验结果显示，Lipo@HRP&ABTS不仅可以实现在光声成像下通过体内显色反应（chromogenic assay）来精确检测过氧化氢，从而实现炎症过程成像。Lipo@HRP&ABTS还能与肿瘤微环境中的内生性过氧化氢反应实现肿瘤成像以及转移性SLNs的识别，并同时实现肿瘤的光热治疗。

文献链接：H₂O₂-responsive liposomal nanoprobe for photoacoustic inflammation imaging and tumor theranostics via in vivo chromogenic assay（PNAS, 2017, DOI: 10.1073/pnas.1701976114）

本文由材料人编辑部生物材料组nanoCJ提供，材料牛编辑整理。

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