相变型载药新探针的制备及其影像学评价

Phase-transition nano-probe is a new generation of photoacoustic contrast agent. Upon pulsed laser irradiation, a liquid-to-gas phase transition generating giant photoacoustic transients from these nano-probe. It can significantly improve the contrast and imaging depth of photoacoustic imaging. With the molecular imaging, it provides a new opportunity for early diagnosis of tumors. In this project, the indocyanine green, perfluorocarbon and paclitaxel loaded phase-transition nano-probe (ICG/PFC/PTX) with human serum albumin shell was designed. ICG/PFC/PTX can be targeted to tumor cells by connecting tumor targeted biomolecules. Upon pulsed laser irradiation, indocyanine green absorb electromagnetic energy, providing localized heating and a high-frequency pressure wave, leading the perfluorocarbon undergo vaporization to produce strong photoacoustic signal and trigger drug release for chemotherapy. The photoacoustic imaging, fluorescence imaging methods were used to examine the imaging performance of the targeted nano-probe，improve the efficiency of tumor diagnosis, hence to provide an accuracy diagnosis in early cancer stages. According to the ICG/PFC/PTX drug loading behaviors, it will improve the specificity and potency during the oncotherapy, decease toxic side effects to normal tissue. It will provide a high specificity and high sensitivity method for early cancer diagnosis and timely treatment.

相变型纳米探针是新一代光声造影剂，在脉冲激光照射下汽化产生很强的光声信号，能够显著提高光声成像对比度和深度；结合分子影像技术，为实现肿瘤早期诊断提供了新的契机。本项目设计由人血清蛋白包裹吲哚菁绿、全氟戊烷和紫杉醇的相变型载药纳米探针（ICG/PFC/PTX）。通过连接肿瘤靶向的生物分子，使ICG/PFC/PTX能靶向进入肿瘤细胞。利用脉冲激光照射此纳米探针，吲哚菁绿吸收光能产生瞬间高温和冲击波，使全氟戊烷汽化，产生更强的光声信号，并触发化疗药物释放进行化疗。利用光声成像、荧光成像手段探究靶向纳米探针的造影性能，提高肿瘤诊断效率，为肿瘤早期精确诊断提供依据。研究ICG/PFC/PTX的载药行为，提高对肿瘤治疗的选择特异性、药效性，降低对正常组织的毒副作用。这将为恶性肿瘤的早期诊断、及时治疗提供具有高特异性、高灵敏度的方法。

多模态成像能够融合不同成像模式的优势，进而获得更丰富的成像信息，有利于实现准确的医学诊断，是分子影像学未来的发展趋势。随着纳米技术的迅速发展，利用物理吸附和化学结合的方式可以将几种类型的诊疗试剂组装在一种纳米结构中，能够实现多模态成像和多模式协同治疗。在本研究中，我们制备了一种负载化疗药物PTX的相变型载药纳米探针（ICG/PFC/PTX），由吲哚青绿（ICG）、全氟化碳（PFC）和紫杉醇（PTX）组成。当受到脉冲激光照射时，封装的ICG吸收光能并将其转化为热能和超声波。然后，液相PFC发生液-气相转变，产生更强的光声信号，促使药物快速释放。实验测得基于相变机制的平均光声信号比传统的热膨胀机制高约3倍。基于相同的相变机制可以同时实现药物的快速释放。这种方法不仅提高了化疗的疗效，而且使精确的影像引导化疗成为可能。本项目主要开展了如下工作：1、完成了相变型载药纳米探针的制备。分析各因素对探针包封率的影响，找到最佳制备工艺。最终达到尺度均一、表面性能优越、生物相容性良好的ICG/PFC/PTX 探针。2、完成了相变型载药纳米探针的影像学性质评价。通过光学成像实验验证ICG/PFC/PTX纳米探针的光学造影性能。和纯ICG对比，此新型探针能显著增强光声信号，提高灵敏度和成像深度。3、研究相变型载药纳米探针的药物释放性能，进一步探究探针的化疗效果。通过液相色谱法检测PTX的药物的包封率，不同时间段药物释放比例。在脉冲激光照射下，封装在ICG/PFC/PTX载药纳米探针中的ICG吸收激光产生局部高温和光声效应，触发PFC发生汽化使纳米探针破裂产生冲击波并释放化疗药物，提高化疗效果。相变型载药纳米探针同时具备增强多种光学成像对比度的能力，有助于多种光学成像模式的结合，实现多尺度、高分辨率的结构和功能成像。