近日，湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院宋國(guó)勝教授和張曉兵教授團(tuán)隊(duì)接連發(fā)表4篇 Nature 子刊論文，分別是一篇 Nature Materials、2篇Nature Biomedical Engineering、1篇 Nature Communications，在分子影像研究中取得一系列重要突破。
2024年11月29日，宋國(guó)勝、張曉兵團(tuán)隊(duì)在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表了題為：Magnetic-susceptibility-dependent ratiometric probes for enhancing quantitative MRI 的研究論文。
在磁共振成像（MRI）中，由于難以區(qū)分探針被分析物激活時(shí)的信號(hào)與探針完整時(shí)的信號(hào)，因此無(wú)法進(jìn)行定量測(cè)量。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)展示了通過(guò)磁化率依賴的磁共振調(diào)諧，采用具有高弛豫率比變化（在7特斯拉下超過(guò)2.5倍）的比率型磁共振探針，可以增強(qiáng)成像靈敏度和定量能力。具體來(lái)說(shuō)，含有順磁性錳-卟啉和超順磁性氧化鐵納米粒子的聚合物探針能夠獨(dú)立于探針濃度地響應(yīng)分析物濃度，從而導(dǎo)致縱向和橫向磁弛豫的相反變化。
在小鼠身上，這些探針能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮下腫瘤、因藥物誘導(dǎo)損傷的肝臟以及膠質(zhì)瘤中H2O2、H2S或pH的定量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)成像。比率型MRI探針可用于獲得病理過(guò)程的分子見解，并能夠繞過(guò)體內(nèi)探針濃度動(dòng)態(tài)變化所產(chǎn)生的干擾，同時(shí)提供解剖學(xué)信息。
2024年11月25日，宋國(guó)勝、張曉兵團(tuán)隊(duì)在 Nature Materials 期刊發(fā)表了題為：Responsive probes for in vivo magnetic resonance imaging of nitric oxide 的研究論文。
一氧化氮（NO）是一種重要的信號(hào)分子，在生理和病理過(guò)程中發(fā)揮多方面的作用，包括心血管和免疫功能、神經(jīng)傳遞和癌癥進(jìn)展。然而，由于NO的短暫性和生物環(huán)境的復(fù)雜性，在體內(nèi)測(cè)定NO具有挑戰(zhàn)性。
在這項(xiàng)新研究中，研究團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種基于超順磁性納米顆粒的NO磁共振成像探針，通過(guò)NO切割反應(yīng)調(diào)控納米探針的磁化率及飽和磁化強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)NO的高靈敏度檢測(cè)。具體來(lái)說(shuō)，該探針能夠檢測(cè)濃度低至0.147 μM的NO，允許在小鼠腫瘤模型中對(duì)NO進(jìn)行成像和定量，研究其對(duì)腫瘤進(jìn)展和免疫的影響，并評(píng)估腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞對(duì)癌癥免疫治療藥物的反應(yīng)。此外，該探針能同時(shí)進(jìn)行器官的解剖學(xué)和分子成像，有助于識(shí)別肝臟的病理改變。
總的來(lái)說(shuō)，該探針為研究NO在生理和病理生理過(guò)程中的劑量依賴性的相互矛盾的用提供了有前景的非侵入性工具。
2024年10月29日，張曉兵、宋國(guó)勝團(tuán)隊(duì)在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表了題為：Ultrabright and ultrafast afterglow imaging in vivo via nanoparticles made of trianthracene derivatives 的研究論文。
低靈敏度、光漂白、高功率激發(fā)和長(zhǎng)采集時(shí)間限制了余輝發(fā)光的應(yīng)用。
在這項(xiàng)新研究中，研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告了由富含電子的三蒽衍生物制成的納米顆粒的設(shè)計(jì)和成像性能，這些納米粒子在超低功率（58 μW/cm2）的室內(nèi)光激發(fā)下，發(fā)出約500倍于常用有機(jī)余輝納米顆粒的余輝發(fā)光。
納米顆粒的超亮余輝可以用于深組織成像（最深可達(dá)6厘米），用于對(duì)自然行為的小鼠進(jìn)行超快的余輝成像（短至0.01秒的采集時(shí)間），即使是在超過(guò)15個(gè)周期的再興奮后，也可以忽略光漂白，并且可以精確地顯示皮下和原位腫瘤以及頸動(dòng)脈中的斑塊。
該研究還表明，僅在顆粒酶B存在的情況下激活的余輝納米顆?？梢栽谥委煴O(jiān)測(cè)的背景下跟蹤顆粒酶B活性。有機(jī)余輝納米顆粒的高靈敏度和可忽略的光漂白為在體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生理病理過(guò)程提供了優(yōu)勢(shì)。
2024年7月24日，宋國(guó)勝、張曉兵團(tuán)隊(duì)在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Imaging-guided companion diagnostics in radiotherapy by monitoring APE1 activity with afterglow and MRI imaging 的研究論文。
使用生物標(biāo)志物的伴隨診斷在指導(dǎo)放療方面已獲得突出地位。然而，基于活檢的技術(shù)無(wú)法解釋靶點(diǎn)應(yīng)答的實(shí)時(shí)變化和腫瘤異質(zhì)性。
在這項(xiàng)新研究中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種激活的后輝光/MRI探針，作為一種伴隨診斷工具，用于在體內(nèi)放療期間動(dòng)態(tài)評(píng)估生物標(biāo)志物脫嘌呤/脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1（APE1）。使用超亮余輝納米顆粒和超小FeMnOx納米顆粒作為雙重對(duì)比劑，顯著擴(kuò)大了信號(hào)變化范圍，提高了APE1成像的靈敏度。
該研究設(shè)計(jì)了縱向和橫向減影增強(qiáng)成像（L&T-SEI）策略，以顯著增強(qiáng)活體雌性小鼠腫瘤和正常組織的MRI對(duì)比度和信噪比。結(jié)合后輝光和MRI有助于對(duì)APE1活性進(jìn)行解剖和功能成像。該探針能夠?qū)⒑筝x和MRI信號(hào)與APE1表達(dá)、輻射劑量、腫瘤內(nèi)活性氧（ROS）和DNA損傷進(jìn)行相關(guān)性分析，從而能夠早期預(yù)測(cè)放療結(jié)果（最早3小時(shí)），顯著早于腫瘤縮小（6天）。通過(guò)監(jiān)測(cè)APE1水平，該探針可以早期、敏感地檢測(cè)肝器官損傷，其性能優(yōu)于組織病理學(xué)分析。此外，MRI評(píng)估APE1在輻射誘導(dǎo)的遠(yuǎn)端效應(yīng)中的表達(dá)，有助于深入了解輻射誘導(dǎo)的遠(yuǎn)端效應(yīng)的機(jī)制，并支持治療方案的制定。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01286-4
https://www.nature.com/articles/s41563-024-02054-0
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01274-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-50688-0
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