基質(zhì)金屬蛋白酶-9（Matrix metalloproteinase-9，MMP-9）是屬于鋅-金屬蛋白酶家族的一種酶，能夠促進細胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）的重構(gòu)和膜蛋白分解。同時，MMP-9與腫瘤細胞侵入、轉(zhuǎn)移有著很密切的聯(lián)系，因而可以作為一種優(yōu)秀的生物標記分子，以檢測腫瘤細胞的位置。
 
光聲（Photoacoustic，PA）則作為一種新興的非侵入性成像方式，通過對材料吸收光后的熱塑性膨脹波進行處理并形成可視圖像，具有空間分辨率高、成像深度大等特點。有些內(nèi)源性物質(zhì)，如血紅蛋白，本身就具有光聲信號，但為了提高信噪比，首選仍然是一些外源性的化學(xué)分子。在該文獻中，作者Jinhwan等人開發(fā)了一種全新的DNA配體（寡核苷酸）顯影劑。該顯影劑的主體為15 nm左右的金納米球（Gold nanospheres，AuNSs），作者在金納米球表面分別修飾了兩種不同的DNA鏈，稱為AuNS-1和AuNS-2。修飾在AuNS-1的表面的是DNA雙鏈，為人類基質(zhì)金屬蛋白酶-9（hMMP-9）的配體鏈（能夠與hMMP-9靶向結(jié)合）及其互補鏈（comp-1）。而在AuNS-2的表面則是comp-1的互補鏈（comp-2）。這樣的搭配能夠在缺乏MMP-9時，兩種金納米球穩(wěn)定地以單體形式存在；而在有MMP-9的環(huán)境中，AuNS-1的配體鏈更傾向于與MMP-9結(jié)合，暴露出comp-1單鏈，使得AuNS-2中的互補鏈comp-2與其雜交，使納米球發(fā)生聚集（圖1a）。聚集的金納米球由于等離子體耦合效應(yīng)（Plasmon coupling effect，聚集導(dǎo)致吸收峰紅移）提高了近紅外一區(qū)（NIR-I）吸收（圖1b），同時具有較好的選擇性（圖2），因此可以通過超聲指導(dǎo)的光聲成像獲得聚集有金納米球的腫瘤微環(huán)境（Tumor Microenvironment，TME）成像。
   

圖2 顯影劑在三種（無MMP-9、有MMP-9、有BSA）環(huán)境下的表征：a）溶液顏色變化；b）吸收波長變化；c）平均粒徑（數(shù)值）；d）粒徑（TEM）

隨后，作者分別通過細胞培養(yǎng)和移植乳腺癌小鼠模型從體外和體內(nèi)兩個方面證實了該方法的可行性。在體外，作者使用MDA-MB-231人乳腺癌細胞制作了一個微環(huán)境模型，分別在第0、1、4、12、24小時取樣檢測其光聲信號強度，成功實現(xiàn)hMMP-9的量化檢測（圖3）。而在體內(nèi)，作者通過Tritom光聲系統(tǒng)，成功以三維的方式呈現(xiàn)皮膚、表面血管與聚集的顯影劑信號（圖4）。
 

圖3 分別用超聲（US）、光聲（PA）和聯(lián)合（US/PA）獲得的體外信號

 

圖4 利用Tritom小動物光聲成像儀獲得的三維顯影效果

結(jié)論：作者利用DNA配體，成功提高了顯影劑在腫瘤微環(huán)境中的靶向性。這一思路拓寬了光聲成像的探針開發(fā)道路，相信不久的將來，復(fù)合型顯影劑將逐漸增多，且被利用與各類器官、腫瘤的可視化中。

參考文獻

[1] Jinhwan Kim, Anthony M. Yu, Kelsey P. Kubelick, et al. Gold nanoparticles conjugated with DNA aptamer for photoacoustic detection of human matrix metalloproteinase-9[J]. Photoacoustics 25 (2022) 100307

美國PhotoSound 小動物3D光聲/熒光成像系統(tǒng) (PAFT)

美國PhotoSound小動物全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)(PAFT)為小動物活體成像和表征提供了完整的解決方案。該系統(tǒng)集成了三種互補的三維成像模式：光聲成像(PAT)、熒光成像(FMT)、生物發(fā)光成像(BLT)，可同時實現(xiàn)小動物的3D光聲、3D熒光和3D生物發(fā)光成像,該系統(tǒng)可為生物組織提供高分辨率、高對比的解剖學(xué)成像效果。

可實現(xiàn)近紅外一區(qū)和近紅外二區(qū)（670-2600 nm）小鼠全身3D光聲/熒光成像系統(tǒng)，采用OPO可調(diào)式激光器，提供670-2600 nm連續(xù)脈沖激光、完全3D光聲成像(具有100 um等向分辨率的完全三維成像，非切片疊加成像)、高通量 (256個電子通道)、靈敏度高(60 nM ICG )、桌面式設(shè)計，方便使用、成像速度快 (完成一次3D掃描需30秒)。

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