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文献解读丨纳米泡用于炎症的BRET-FRET生物发光成像

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脂多糖诱导炎症模型的生物发光检测

某些肿瘤在发生发展过程中会伴随着中性粒细胞的渗透,分泌大量活性MPO。因此,该团队构建了三阴性乳腺癌小鼠模型,经静脉注射鲁米诺和纳米泡后,经生物发光成像可以清晰的看到一个高亮区域,这一区域与Luciferin检测到的区域完全吻合。对该部位进行超声造影成像,可以清晰地看到一个血管呈现更为密集的血管结构,该区域由HE染色进一步验证为肿瘤部位。

研究结论

本课题设计制备了一种掺杂荧光染料的纳米泡,能够通过BRET-FRET作用实现对深层炎症部位的生物发光成像。在脂多糖诱导的小鼠炎症模型中,相较于单独使用鲁米诺,BRET-FRET纳米泡获得的生物发光信号增强了24倍。此外,这种纳米泡还具有能够和与商用超声造影剂Sonovue相媲美的超声造影能力,并且粒径更小、浓度更大,可以被用于造影增强的超声成像,实现对对炎症部位的微血管结构进行成像。这种BRET-FRET纳米体系被成功地用于乳腺癌转移瘤的生物发光、超声双模态检测。同时,一系列的生物安全性评价实验表明,连续多次注射纳米泡和鲁米诺没有对小鼠产生明显的毒性。因此,这种BRET-FRET纳米泡有效地整合了生物发光成像与超声成像的优势,实现对深层炎症部位的高灵敏、高分辨率的成像,具有解决临床和基础研究中对炎症成像巨大需求的潜力。

研究意义

炎症在神经退行性疾病、动脉粥样硬化、癌症等多种疾病中都有重要作用,因此对炎症的精准成像可实现对着些疾病的诊断。本研究设计了一种超声、生物发光双模态的炎症成像的探针,能够实现深层组织的炎症进行成像,有利于解决目前临床和基础研究中对炎症成像的需求。由于这种探针制备简单,成本低廉,容易规模化生产,可以进一步开发用来作为炎症诊断试剂来满足临床和基础研究的需求。

索莱宝产品亮点

实验材料和结果:

产品评星

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颁发奖学金

为了祝贺和感谢该文章研究团队的科研成果和刻苦专研,特颁发索莱宝奖学金证书,并给予1200元人民币的现金奖励。北京大学硕士研究生汤洁为获奖代表领取证书和奖励金。

索莱宝奖学金计划项目是为表达感谢和回馈广大客户的支持特设专项。2019年索莱宝奖学金计划项目奖金池20万人民币,静等各位科研小伙伴们前来申领。

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脂多糖诱导炎症模型的生物发光检测

某些肿瘤在发生发展过程中会伴随着中性粒细胞的渗透,分泌大量活性MPO。因此,该团队构建了三阴性乳腺癌小鼠模型,经静脉注射鲁米诺和纳米泡后,经生物发光成像可以清晰的看到一个高亮区域,这一区域与Luciferin检测到的区域完全吻合。对该部位进行超声造影成像,可以清晰地看到一个血管呈现更为密集的血管结构,该区域由HE染色进一步验证为肿瘤部位。

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本课题设计制备了一种掺杂荧光染料的纳米泡,能够通过BRET-FRET作用实现对深层炎症部位的生物发光成像。在脂多糖诱导的小鼠炎症模型中,相较于单独使用鲁米诺,BRET-FRET纳米泡获得的生物发光信号增强了24倍。此外,这种纳米泡还具有能够和与商用超声造影剂Sonovue相媲美的超声造影能力,并且粒径更小、浓度更大,可以被用于造影增强的超声成像,实现对对炎症部位的微血管结构进行成像。这种BRET-FRET纳米体系被成功地用于乳腺癌转移瘤的生物发光、超声双模态检测。同时,一系列的生物安全性评价实验表明,连续多次注射纳米泡和鲁米诺没有对小鼠产生明显的毒性。因此,这种BRET-FRET纳米泡有效地整合了生物发光成像与超声成像的优势,实现对深层炎症部位的高灵敏、高分辨率的成像,具有解决临床和基础研究中对炎症成像巨大需求的潜力。

研究意义

炎症在神经退行性疾病、动脉粥样硬化、癌症等多种疾病中都有重要作用,因此对炎症的精准成像可实现对着些疾病的诊断。本研究设计了一种超声、生物发光双模态的炎症成像的探针,能够实现深层组织的炎症进行成像,有利于解决目前临床和基础研究中对炎症成像的需求。由于这种探针制备简单,成本低廉,容易规模化生产,可以进一步开发用来作为炎症诊断试剂来满足临床和基础研究的需求。

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, 文献解读丨纳米泡用于炎症的BRET-FRET生物发光成像

分子影像与微创治疗正成为引领21世纪医学发展的两大前沿。分子影像技术使精准医学可视化,为微创介入治疗的发展提供了契机。分子影像和分子生物学技术的不断进步使肿瘤等疾病的治疗不断向微创、精准、高效和个体化的方向发展。通过多学科交叉与融合,将纳米技术、生物技术和影像技术相结合,研制新型分子影像探针、超声造影剂等的研究一直是一个热点。炎症在很多疾病中都有重要作用,因此开发用于炎症成像的探针尤为重要。

2019年5月6日,北京大学戴志飞课题组构建了一种新型的掺杂荧光染料的纳米泡,不仅能够用于超声造影成像,还能够有效地整合生物发光能量共振转移(BRET)及荧光能量共振转移(FRET),将鲁米诺产生的蓝光转换为近红外光,从而实现对深部炎症组织的高灵敏的生物发光成像。该研究成果在国际期刊ACS Nano在线发表,IF=13.7。文章的第一作者是北京大学博士研究生刘仁发和硕士研究生汤洁,通讯作者为戴志飞教授。

基本信息

文章题目:

Bioluminescence Imaging of Inflammation in Vivo Based on Bioluminescence and Fluorescence Resonance Energy Transfer Using Nanobubbles Ultrasound Contrast Agent

链接地址:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b08359

论文DOI:10.1021/acsnano.8b08359

期 刊:ACS Nano

影响因子:13.7

第一作者:

北京大学博士刘仁发和硕士汤洁为共同第一作者

作者单位:北京大学

索莱宝合作产品

名称

货号

应用

物种

兔外周血中性粒细胞分离液试剂盒

P4180

中性粒细胞分离

DAB显色试剂盒

DA1010

免疫组织化学

小鼠

研究背景和摘要

在炎症发生过程中,由中性粒细胞、单核细胞等产生的髓过氧化物酶(Myeloperoxidase,MPO)起着重要作用,准确检测及评估MPO体内活性可有效诊断及控制炎性疾病。鲁米诺被报道用于MPO依赖的高灵敏的生物发光炎症检测,然而,该生物发光过程产生的蓝光(λmax = 425 nm) 受限于组织穿透性,难于用于深部炎症检测。

另一方面尽管这种生物发光成像具有很高的特异性和灵敏度,但是成像的时间和空间分辨率很差。超声成像是临床上常用的一种成像方式,具有便捷、经济、实时和空间分辨率高等优势,在超声造影剂的增强对比下,能清晰显示深部组织的微血管结构。因此将超声成像和生物发光成像结合将可以实现优势互补。

基于上述考虑,该团队制备了掺杂荧光染料纳米泡,作为能量转递载体,它可将鲁米诺产生的蓝光经红移至近红外区域,从而实现深部组织的炎症检测,同时通过与超声成像结合,实现了对炎症部位的实时、高空间分辨率的超声造影成像,如图所示。

研究内容和成果

本研究将生物发光与超声结合,既有效利用了生物发光高特异性、高信噪比和安全经济的优点,又成功避免其分辨率低、穿透性差的缺陷;而将传统微米级的超声对比剂制备为纳米级,可实现更低气体浓度条件下,得到更优良的超声成像效果。同时,该发光纳米泡可实现在不同模型中的炎症特异性检测,成功对生物发光/超声两种模态取长补短,优势互补。

A

制备和表征

为建立BRET-FRET体系,该团队选择了DiI和DiD两种染料,不仅由于其脂质结构易于形成NBs脂质膜,同时因为二者间光谱存在较大重叠,利于FRET产生,且DiI与鲁米诺之间也存在有效的光谱重叠,成为BRET的发生条件。该团队首先优化了两种染料的摩尔比,得到670nm最高荧光强度后,在全氟丙烷条件下机械震荡得到纳米泡。在体外炎症反应测试中,观察到这种纳米泡能够显著增强670nm及710nm的发光信号,而520nm则存在相应的信号减弱,这说明鲁米诺产生的蓝光可成功经BRET-FRET红移至近红外区域,可以显著提高光的组织穿透性。与商用超声造影剂Sonovue相比,这种纳米泡粒径更小、浓度更大,并且同等浓度下,超声造影效果更优。

B

脂多糖诱导炎症模型的生物发光检测

小鼠静脉注射后,BRET-FRET纳米泡体内可稳定循环达30分钟以上,为进行炎症成像提供了足够的时间。在脂多糖诱导的小鼠炎症模型中,该团队首先筛选出鲁米诺与BRET-FRET纳米泡的最佳剂量,以得到最高的生物发光信号。相较于单独使用鲁米诺,BRET-FRET纳米泡获得的生物发光信号增强了24倍。同时,加入MPO特异性抑制剂4-ABAH后,显著降低了BRET-FRET纳米泡的发光信号,表明这种发光过程是MPO依赖性的。

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