腎臟相關疾病的發(fā)生在早期通常沒有臨床癥狀，但隨著腎臟疾病進一步發(fā)展可能導致嚴重的腎功能衰竭，因此對于腎臟疾病的早期檢測與及時醫(yī)療干預尤為重要。臨床對于腎臟疾病的篩查方法依賴于測定血尿素氮和肌酐，然而這些標志物在早期腎損傷時沒有明顯變化，血清檢出時往往已經發(fā)生不可逆的腎小球功能丟失。而MRI、PET、CT等成像技術由于成本高、可及性低或存在較大的輻射危害，不適用于早期腎損傷篩查。

基于近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光在活體成像研究中表現(xiàn)出的優(yōu)異性，研究團隊提出了一種基于NIR-II發(fā)光的高效腎臟靶向成像策略。傳統(tǒng)近紅外熒光探針在注射到活體中會被肝臟迅速捕獲，難以實現(xiàn)腎臟成像。團隊發(fā)現(xiàn)，在有機熒光小分子如ICG分子上修飾一條親水性多肽，能夠顯著改變ICG分子的生物代謝途徑，由原本的快速被RES器官捕獲并通過肝膽代謝轉變?yōu)楦咝I臟富集及緩慢腎代謝，從而實現(xiàn)分子在腎臟中的長時間靶向成像。

圖1. 多肽介導的熒光探針用于腎臟的NIR-II成像示意圖

團隊設計了一系列多肽，通過系統(tǒng)比較多種不同多肽的理化性質，發(fā)現(xiàn)極性大的多肽（KTP）能夠改變熒光探針的代謝途徑，且腎靶向效率和在腎臟的聚集時間與多肽的極性成正比。將多肽偶聯(lián)到本團隊此前報導的多種NIR-II分子探針上（CX2，FD1080，LZ1105），均有相同效果。此外，這種多肽調控探針代謝途徑不僅適用于上述有機小分子染料，也同樣適用于小無機納米顆粒。可被腎臟快速清除的小無機納米顆粒（< 5 nm）表面連接上這條極性大的多肽，能顯著延長納米顆粒在腎臟中的停留時間。通過進一步研究證明，偶聯(lián)多肽的小分子與納米顆粒能夠被腎小管細胞重吸收，因此實現(xiàn)長期的高效腎靶向成像。

圖2. 不同極性多肽修飾的熒光探針在腎臟中的富集

基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊還設計了一種可被活性氧激活（ROS）的OFF-ON型腎靶向探針GNP-KTP-ICG，利用GNP對ICG熒光的猝滅和KTP的靶向作用，該探針能夠高效富集到腎臟，并被腎損傷過程中產生的ROS激活，導致GNP與ICG-KTP的分離，從而ICG熒光恢復，可以實現(xiàn)NIR-II活體腎成像與體外尿液GNP熒光成像的雙重成像模式，對早期腎損傷和腫瘤化療藥物導致的腎損傷進程具有良好的診斷功能。

圖3. 基于多肽的GNP-KTP-ICG熒光探針用于腎損傷檢測

結：在這項工作中，研究團隊利用極性高的多肽調節(jié)探針在活體內的代謝途徑，該方法廣泛適用于不同的有機小分子及小無機納米顆粒，有望作為一種通用型腎靶向的生物分子平臺，為腎疾病診斷與靶向腎臟給藥提供了一種新的策略。

參考文獻:

Ying Chen, Peng Pei, Zuhai Lei, Xin Zhang, Dongrui Yin, Fan Zhang*. A Promising NIR‐II Fluorescent Sensor for Peptide‐Mediated Long‐term Monitoring of Kidney Dysfunction. Angew. Chem. Int. Ed. , 2021, 60, 15809-15815. 

| 儀器

近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了小鼠腎臟成像實驗。該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設計，成像功能亦可進一步升級擴展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應用于活體小動物熒光手術導航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。