今天跟大家分享一篇年4月份发表在NatureMaterials上的文章，该文的通讯作者是南洋理工大学的浦侃裔教授。浦侃裔教授的主要研究领域是分子成像、纳米技术、探针设计等。该文的第一作者是JiaguoHuang。

光学检测具有高时空分辨率、高灵敏度和安全的非电离辐射等特点，已经被广泛应用。光学纳米颗粒具有信号放大和多路复用的能力，在体外诊断中具有独特的地位。然而，纳米颗粒尺寸大，给药后体内清除缓慢，容易造成长期毒性问题。此外，光散射和组织重吸收问题使得纳米颗粒仅对表面成像有效。因此，需要采用非常规的策略来增强光学纳米颗粒的体内检测能力，以进行早期诊断。

利用小分子和纳米颗粒之间的相互转化，为先进的成像和治疗提供了一种利用它们各自优点的方法。在生物体内将纳米颗粒分解为超小型纳米颗粒或小分子，可以增强成像组件对目标组织的穿透能力，同时可以促进材料的快速清除。然而，能够将纳米粒子完全原位转化为小分子的合成方法尚未被报道。

图1设计策略。

基于此，作者报道了一种生物标志物触发激活的聚合荧光团纳米传感器(APNs)，该传感器被激活后可用于无创体内荧光成像和尿液分析（图1）。该传感器由三部分构成：1.连接肾清除单元或靶向单元的荧光团；2.特异性反应肽段；3.级联自消除linker。荧光团骨架的疏水性和蛋白酶反应肽段的亲水性使其具有两亲性，因此它们在水溶液中可以自发组装成纳米颗粒。APNs进入生物体内到达病灶部位后被酶特异性识别并切割肽段，随后linker发生自脱落，释放出荧光团小分子，荧光恢复，发出强烈的荧光，实现近红外体内荧光成像。同时，荧光团上连接的肾清除单元促进了荧光单元的清除，可进行尿液检测。

图2肿瘤的影像学和尿液分析。（a）APNC在小鼠原位肝肿瘤成像和尿液分析中的作用机制示意图。（b）皮下肿瘤植入15天后注射APNC或APNCN的小鼠活体成像。（c）肝脏原位肿瘤植入后不同时间(0、3或14天)注射APNC的小鼠活体成像。（d）注射APNC6h后，各组小鼠肝脏和肾脏的荧光强度输出图。

癌症的早期诊断对于治疗和提高生存率至关重要。然而，当前检测方法灵敏度低和特异性差，检测直径小于2mm的肿瘤非常困难，因此作者测试了APNC在肿瘤检测方面的性能。首先，作者检测了APNC的靶向能力。通过向皮下CT26荷瘤小鼠模型注射APNC和APNCN，可以观察到注射APNC的小鼠肿瘤部位和肾脏的荧光强度高于APNCN，说明了c-RGD增强了纳米颗粒在肿瘤部位的聚集。随后，作者构建了原位肝肿瘤模型，进一步评估了APNC用于肿瘤成像和尿液分析的可行性。接种肿瘤3天后（肿瘤直径1.9mm），注射APNC6h后肝脏和肾脏荧光强度达到最强，接种肿瘤8天和14天也观察到相同的现象，抑制组织蛋白酶B的活性则会降低荧光强度。而接种肿瘤14天后丙氨酸转移酶（ALT）和天冬氨酸转移酶（AST）没有出现明显变化。以上实验证明APNC具有高的灵敏度，可用于超小肿瘤的检测。

图3急性免疫介导性肝炎的影像学和尿液分析。（a）APNG在急性免疫介导型肝炎中的作用机制示意图。（b）Con-A处理2、5、8或12h后，注射APNG的小鼠活体成像和尿液检测。（c-d）不同小鼠模型活体成像肝脏(c)和肾脏(d)的荧光强度输出图。

实时监测活化的T淋巴细胞的存在对于诊断免疫介导的疾病和实体器官同种异体移植排斥反应至关重要，因此作者测试了APNG在监测T淋巴细胞活化方面的能力。荧光成像结果显示，注射刀豆凝集素A（Con-A）5h后肝脏和肾脏部位荧光强度明显升高，信号强度分别增强2.4倍和1.9倍。注射低剂量的环孢菌素A（CsA）后荧光强度降低，高剂量的CsA可使荧光信号恢复至对照水平。尿液中CyCD光学信号的测试与活体成像结果一致，且尿液中荧光信号与肝脏GzmB浓度相关。说明APNG在肝脏内被颗粒酶B（GzmB）激活，发出荧光并释放CyCD到肾脏中。通过与细胞因子检测方法相比较，APNG在急性免疫介导性肝炎检测方面具有响应时间短和特异性高的特点。

图4急性肝移植排斥反应的尿液分析。（a）肝移植手术过程、肝异体移植排斥反应机制，APNG尿液检测示意图。（b）注射APNG8h后，不同模型组大鼠尿液中CyCD的荧光强度。（c-d）移植不同时间大鼠肝脏(c)和肾脏(d)的体外荧光强度输出图。

原位肝移植是终末期肝病患者的唯一选择。然而，同种异体移植排斥反应仍然是移植后的主要并发症。作者以DA大鼠为供体，Lewis为受体构建急性肝同种异体移植排斥反应模型，评估了APNG在急性肝同种异体移植排斥反应的大鼠模型中应用的可行性。通过尿液分析观察到移植3天后尿液荧光强度出现统计学意义的升高（3.2倍）。他克莫司（Tac）治疗可以降低信号强度。相对于临床常用的血液检测和细胞因子检测方式，APNG在急性肝移植排斥反应检测中具有高特异性和高灵敏度。

综上所述，作者开发了一种可激活聚合荧光纳米传感器（APNs），给药后纳米颗粒可在疾病部位被酶特异性激活，转换为小分子并发出荧光，实现无创性近红外活体成像。同时，小分子可以进行肾脏清除快速排泄，实现了尿液分析。该工作提出了一种纳米平台，通过改变肽段可实现对不同生物标志物的检测，对推动疾病早期诊断的发展具有重要意义。

作者：毛元涛

审核者：武传琛

上传者：刘继红

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