今天分享一篇年4月14日发表在NatureMaterials上的文章Renalclearablepolyfluorophorenanosensorsforearlydiagnosisofcancerandallograftrejection.通讯作者是来自南洋理工大学化学与生物医学工程学院副教授KanyiPu，研究方向为癌症早期诊断的荧光探针研发。纳米材料探针现在越来越多地被用于医学诊断，而小分子能够对主要器官的深层组织渗透。作者开发出一种可以响应对应标志物酶并被分解成小分子的纳米探针，该探针释放的荧光分子既能在尿液中检出，又能在肿瘤中检出，该探针为简单、灵敏的癌症和急性肝移植排斥反应的早期诊断提供了思路。图1.用于早期诊断癌症和急性肝移植排斥反应的肾脏可清除多荧光纳米传感器的设计和机制作者设计的纳米探针分为四个部分（如图1b），可以响应组织蛋白酶B（CatB）和颗粒酶B（GzmB）的肽刷头Ac-FK和Ac-IEFD（如图1c）、可自解体的连接结构（如图1d）、解体后能发荧光的单元以及连接在荧光基团上分别控制导向尿液和靶向肿瘤血管的HPβCD和cRGD（如图1c）。作者分别设计了两种探针：1.APNc用于肿瘤检验，肽刷头为响应组织蛋白酶B的Ac-FK，导向分子由HPβCD和cRGD共同组成。2.APNG用于急性肝移植排斥反应的检验。由于探针的两亲性，还会自发聚集成大颗粒。图2.APN的体外传感评估作者通过荧光光谱验证了对应标志物酶触发纳米探针的能力（如图a,e），还验证了纳米探针在不同离子和小分子存在的复杂环境中抗干扰的能力（如图2b,f）。作者通过高效液相色谱（如图2c,g）和TEM（如图2d,h）验证了标志物酶触发后探针的解体产物和形貌。图3.APNs及其活化片段的生物分布和清除途径作者研究两种活化分子：连接HPβCD和cRGD的荧光分子CyCD和CyRGD以及APNC和APNG的肝肾代谢分布。分别通过其肝肾分布的荧光（如图3c）和活体成像（如图3d）得到CyCD主要通过肾脏清除，另外三种结构主要通过肝脏清除。通过四种结构在肝脏（如图3e）和血液（如图3f）中含量随时间变化可以得到CyCD快速通过肾脏清除，CyRGD在肝脏中经过稍长时间驻留后清除，两种完整的探针通过肝脏较长时间清除，四种结构在尿液和粪便中的分布（如图3g）也能与之对应。图4.原位肝癌的实时成像和尿液分析作者在肿瘤模型中，通过不加cRGD的结构的对比（如图4b）发现在APNC中加入cRGD能够增加肿瘤的靶向和驻留时间。接着作者通过原位瘤模型中荧光成像（如图4c）、荧光强度（如图4d）、尿液分析（如图4e）、肝肾中荧光强度统计（如图4f,g）得出尿液荧光强度与肝肾荧光强度相对应，随着肿瘤变大，荧光强度变高，而且加入探针后6h时达到 （Day14+inh.中的inh.指组织蛋白酶抑制剂）。作者通过肝肾指标（如图4h,i）得出探针无肝肾*性。作者还研究了尿液中活化分子与肿瘤的关系（如图4j），得出活化分子含量与肿瘤直径正相关，并能检出1.9mm的肿瘤。这些说明该探针是早期肿瘤的检出与成像的理想探针。图5.急性免疫介导性肝炎的实时成像和尿液分析作者在伴刀豆球蛋白A(Con-A)诱导的急性免疫介导肝炎的小鼠模型中研究APNG监测T淋巴细胞活化的能力，该模型中T淋巴细胞激活释放颗粒酶B。作者通过注射探针后的成像和尿液（如图5b）以及肝肾荧光（如图5c,d）得出探针可以监测T淋巴细胞的活化（其中LDCsA和HDCsA分别为低剂量组和高剂量组的免疫抑制剂，Con-A/SCID为免疫缺陷鼠的组，LPS为作为对照疾病模型的LPS诱导的皮肤水肿模型）。颗粒酶B的流式含量与尿液的荧光强度相对（如图5e,f）应也说明尿液的荧光强度能够反应T淋巴细胞分泌颗粒酶B的水平。作者还检验了不同组的肝功能指标和细胞因子水平，发现肝功能指标变化时间较尿液变化时间延后，细胞因子变化虽然较尿液变化提前，但不具有特异性。这些都说明该探针是检测T淋巴细胞活化能力的理想探针。图6.活体大鼠急性肝移植排斥反应的尿液分析作者在急性肝移植排斥的大鼠模型中评估了APNG的检验能力。通过尿液（如图6b）、肝脏（如图6c）和肾脏（如图6d）的荧光强度以及肾切片（如图6h）得出用该探针可以在肝移植第三天就检测出排斥反应（其中LDTac和HDTac为经过低剂量和高剂量Tac治疗的组，Isograft为同源肝移植组，Sham-oper.为只做了腹部创伤的假手术组）。作者通过研究不同判断方法如尿液分析、流式细胞分选技术分析、肝指标分析（如图6e）以及细胞因子分析（如图6f）的检出灵敏度，并将检出时间（如图6g）纳入分析，得出该探针是一种灵敏度高、检出速度快的检出肝移植排斥反应探针。总而言之，作者设计了一系列探针，使其能够响应对应标志物酶，并且释放的荧光分子既能在尿液中检出，也能在肿瘤中检出，得到一种操作简单、灵敏度高的癌症和急性肝移植排斥反应的早期诊断方法，给相关疾病的早期诊断探针的设计提供了新的思路。校稿：大龙原文链接：
本文编辑：佚名
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