Angew：近红外光编程的miRNA放大器用于体内早期肿瘤成像

癌症的早期诊断和治疗对于提高患者的生存率至关重要。目前，临床上通常利用磁共振成像（MRI）和X射线计算机断层扫描（CT）技术监测肿瘤大小，评估癌症发展阶段和治疗效果。然而此类影像学检测手段欠缺分子生物学层面上的灵敏度。相比宏观的尺寸成像监测技术，在活体水平分析生物分子含量变化将更为灵敏，这为癌症的早期检测提供了重要思路。

MiRNA是一类内源性、非蛋白质编码的单链RNA小分子，其异常表达与肿瘤的形成、侵袭和迁移密切相关，这使miRNA成为癌症早期诊断的生物标志物。目前，用于miRNA体内成像的探针分子主要为以Cy5染料为代表的可见区荧光探针，存在背景信号高、组织穿透深度浅等局限性，极大限制其在体内成像应用。相比可见区荧光探针，近红外二区（NIR-II）纳米探针由于具有背景干扰低、分辨率高以及组织穿透深度深，成为miRNA体内生物成像最佳选择。近红外（NIR）激发的稀土纳米颗粒通过调节稀土离子的掺杂类型和比例，可发射从紫外-可见光（UV-Vis）到NIR-II的发射，这一特性使其成为体内成像的合适材料。基于稀土纳米颗粒构建的NIR-II区纳米探针成功用于疾病部位高浓度小分子的检测。然而，将稀土纳米颗粒与信号放大策略相结合，特别是可激活的信号放大策略，用于低含量生物标志物的体内成像鲜有报导，这限制了其在早期癌症诊断中的应用。

近日，南京大学的刘颖教授（点击查看介绍）课题组将可激活的DNAzyme walker信号放大策略与稀土纳米颗粒相结合设计了一种近红外光编程的miRNA放大器，该放大器能够有效实现miRNA活体近红外二区成像，相比尺寸监测成像，能够更早的诊断早期肿瘤的发展情况。

作者将染料FD1080修饰在底物DNA末端用于猝灭稀土纳米颗粒在808 nm激发下的NIR-II区发射。miRNA识别区设计在DNAzyme walker中，由光响应的封闭链保护，以避免探针在体循环过程中产生的“假阳性”信号。当探针到达肿瘤部位，980 nm激发产生紫外光激DNAzyme walker用于miRNA识别，同时利用DNAzyme催化反应放大稀土纳米颗粒的NIR-II区荧光恢复，从而实现早期肿瘤内低含量的miRNA成像。 

NIR-II区细胞成像表明，常亮型的AA-DNA纳米机器会被非特异性激活，产生“假阳性信号”，反之，可激活型的DNA纳米机器则会在NIR激发下特异性激活，有效避免体内循环过程中的非特异性激活，从而避免产生“假阳性信号”。DNA纳米机器能够有效评估不同细胞系中miRNA相对表达量，展现出与qRT-PCR相吻合的结果，表明DNA纳米机器在细胞内miRNA精准成像方面具有很大的应用潜力。

活体荧光成像中，DNA纳米机器不仅具有较低的背景信号，同时表现出优异的特异性响应。相比常亮型纳米探针，可激活的DNA纳米机器有效避免了“假阳性”信号。在早期乳腺癌模型，特异性激活的DNA纳米机器比MRI成像表现出更为明显的荧光恢复，证明了可激活的DNA纳米机器在早期肿瘤成像中的潜在应用前景。该工作为体内低含量生物标志物和早期肿瘤成像提供了一种新策略。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是南京大学的博士生王彩霞和硕士生解宇欣。

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A NIR Programmable in vivo miRNA Magnifier for NIR-II Imaging of Early Stage Cancer

Caixia Wang, Yuxin Xie, Xuefang Song, Zhicong Chao, Kun Wu, Yanyun Fang, Hongxia Zhao, Huangxian Ju, Ying Liu

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202312665

导师介绍

刘颖

https://www.x-mol.com/university/faculty/22031