腎臟相關(guān)疾病的發(fā)生在早期通常沒有臨床癥狀，但隨著腎臟疾病進(jìn)一步發(fā)展可能導(dǎo)致嚴(yán)重的腎功能衰竭，因此對于腎臟疾病的早期檢測與及時醫(yī)療干預(yù)尤為重要。臨床對于腎臟疾病的篩查方法依賴于測定血尿素氮和肌酐，然而這些標(biāo)志物在早期腎損傷時沒有明顯變化，血清檢出時往往已經(jīng)發(fā)生不可逆的腎小球功能丟失。而MRI、PET、CT等成像技術(shù)由于成本高、可及性低或存在較大的輻射危害，不適用于早期腎損傷篩查。

基于近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光在活體成像研究中表現(xiàn)出的優(yōu)異性，研究團隊提出了一種基于NIR-II發(fā)光的高效腎臟靶向成像策略。傳統(tǒng)近紅外熒光探針在注射到活體中會被肝臟迅速捕獲，難以實現(xiàn)腎臟成像。團隊發(fā)現(xiàn)，在有機熒光小分子如ICG分子上修飾一條親水性多肽，能夠顯著改變ICG分子的生物代謝途徑，由原本的快速被RES器官捕獲并通過肝膽代謝轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝I臟富集及緩慢腎代謝，從而實現(xiàn)分子在腎臟中的長時間靶向成像。

圖1. 多肽介導(dǎo)的熒光探針用于腎臟的NIR-II成像示意圖

團隊設(shè)計了一系列多肽，通過系統(tǒng)比較多種不同多肽的理化性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)極性大的多肽（KTP）能夠改變熒光探針的代謝途徑，且腎靶向效率和在腎臟的聚集時間與多肽的極性成正比。將多肽偶聯(lián)到本團隊此前報導(dǎo)的多種NIR-II分子探針上（CX2，FD1080，LZ1105），均有相同效果。此外，這種多肽調(diào)控探針代謝途徑不僅適用于上述有機小分子染料，也同樣適用于小無機納米顆粒。可被腎臟快速清除的小無機納米顆粒（< 5 nm）表面連接上這條極性大的多肽，能顯著延長納米顆粒在腎臟中的停留時間。通過進(jìn)一步研究證明，偶聯(lián)多肽的小分子與納米顆粒能夠被腎小管細(xì)胞重吸收，因此實現(xiàn)長期的高效腎靶向成像。

圖2. 不同極性多肽修飾的熒光探針在腎臟中的富集

基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊還設(shè)計了一種可被活性氧激活（ROS）的OFF-ON型腎靶向探針GNP-KTP-ICG，利用GNP對ICG熒光的猝滅和KTP的靶向作用，該探針能夠高效富集到腎臟，并被腎損傷過程中產(chǎn)生的ROS激活，導(dǎo)致GNP與ICG-KTP的分離，從而ICG熒光恢復(fù)，可以實現(xiàn)NIR-II活體腎成像與體外尿液GNP熒光成像的雙重成像模式，對早期腎損傷和腫瘤化療藥物導(dǎo)致的腎損傷進(jìn)程具有良好的診斷功能。

圖3. 基于多肽的GNP-KTP-ICG熒光探針用于腎損傷檢測

結(jié)：在這項工作中，研究團隊利用極性高的多肽調(diào)節(jié)探針在活體內(nèi)的代謝途徑，該方法廣泛適用于不同的有機小分子及小無機納米顆粒，有望作為一種通用型腎靶向的生物分子平臺，為腎疾病診斷與靶向腎臟給藥提供了一種新的策略。

參考文獻(xiàn):

Ying Chen, Peng Pei, Zuhai Lei, Xin Zhang, Dongrui Yin, Fan Zhang*. A Promising NIR‐II Fluorescent Sensor for Peptide‐Mediated Long‐term Monitoring of Kidney Dysfunction. Angew. Chem. Int. Ed. , 2021, 60, 15809-15815. 

| 儀器

近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了小鼠腎臟成像實驗。該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，成像功能亦可進(jìn)一步升級擴展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。

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