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《Nature Materials》发表洪学传教授课题组合作研究成果

来源:admin  浏览量:  更新时间:2015-11-26 10:19:57

1123日,国际著名学术刊物《自然•材料》(《Nature Materials》,IF36.5)在线发表了武汉大学药学院洪学传教授课题组与斯坦福大学分子影像中心程震教授、斯坦福大学化学系戴宏杰教授课题组合作的近红外二区(NIRII)小分子荧光染料研究成果(A small-molecule dye for NIR-II imaging, Nature Materials, 2015, doi:10.1038/nmat4476. )。武汉大学为论文第一署名单位,我校与斯坦福大学合作培养的博士生Alexander L. Antaris、药学院2011级博士生(我校首届跨学科培养博士生)陈浩为论文共第一作者。

   

荧光成像技术广泛的应用于生物研究,临床上也用其区分正常组织与病变组织以指导外科手术切除。它在癌症肿瘤前哨淋巴结标记,肿瘤(如乳腺癌、头颈部癌症、脑胶质瘤)及坏死组织手术切除方面有着广泛的应用。目前研究和临床常用的为近红外一区(NIR-I,发射谱在650-950 n)的荧光染料如吲哚青绿等(Indocyanine GreenICG)。相对于普通可见光和NIR-I荧光成像技术,近红外二区NIR-II荧光成像激发波长和发射波长(1000nm1700nm)更长,可显著降低光在穿透生物组织中的散射现象,加上其光子自身组织吸收少,引起自荧光效应低等特点,所达到的透射深度更深,空间分辨率更高,可达约40微米。近年来其已成为国际研究活体荧光成像的最新热点方向。

本研究首次成功设计合成得到了一种可用于标记多种生物分子、可被生物代谢的NIR-II荧光小分子染料CH1055。与常规的NIR-1染料ICG相比,CH1055具有NIR-II荧光成像透射深度深、分辨率高的特点(图1);其在前哨淋巴结、深度肿瘤成像的效果也大大优于ICG(图2)。在高对比度的荧光成像指导下,本研究也首次实施了NIR-II荧光成像指导下的小鼠皮下肿瘤切除手术(图3)。这些实验结果展示出CH1055染料和NIR-II荧光成像技术在生物医学领域巨大的应用潜力。该平台分子可用于各种基于NIR-II的分析测试、体外诊断和体内分子影像。而且由于其高生物相容性,相比以前基于稀土元素纳米材料、碳纳米管、量子点、有机聚合物等NIR-II材料,CH1055显示了向临床转化应用的巨大可能性。


               

1:活体大鼠血管ICGNIR-I)与CH1055-PEGNIR-II)荧光成像对比。(a) 实验用SD大鼠与传统荧光成像所用小鼠体积对比;(b)和(cICGCH055-PEG大鼠脑部血管成像对比;(dICG大鼠后肢NIR-I荧光成像(ef分别为d图右上及左下红色虚线框图片放大;(gCH1055-PEG大鼠后肢NIR-II荧光成像(hf分别为g图右上及左下红色虚线框图片放大)



            

2:活体小鼠前哨淋巴结、淋巴管、肿瘤ICGCH1055-PEG荧光成像对比。(a)实验用小鼠,绿色箭头部位为ICGCH1055-PEG皮下注射部位,黑色虚线框为成像区域;(b)(cICGCH1055-PEG前哨淋巴结,淋巴管成像。绿色星号为肿瘤所在部位,可以发现CH1055-PEG能成像肿瘤,将ICG换为ICG-PEG后成像效果与ICG类似,不能成像肿瘤;(d)小鼠脑原位胶质瘤模型示意图;(e)(f)尾静脉注射CH1055-PEG6h24h 小鼠脑部NIR-II荧光成像结果。


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3NIR-II荧光成像指导下的小鼠皮下肿瘤切除手术。(a)(b)(c)(d)为在线NIR-II荧光成像手术过程图像;(a’)(b’)(c’)(d’)为可见光手术过程图像。