麻省理工学院的科学家开发了新的纳米颗粒，同时使活性动物MRI和荧光成像，帮助科学家追踪身体中产生的特定分子，监测肿瘤的环境，或确定药物是否已成功达到其目标。
在11月18日出现的自然通信问题中，研究人员证明了使用这些新颗粒，其携带不同传感器的荧光和MRI，以跟踪小鼠的维生素C.无论何处高浓度的维生素C，颗粒都显示出强烈的荧光信号，但略微MRI对比度。如果没有多少维生素C，则可以看到更强的MRI信号，但荧光非常弱。
该研究的化学助理教授Jeremiah Johnson表示，颗粒的未来版本可以旨在检测往常与疾病相关的反应性氧物种。它们也可以量身定制以一次检测多个分子。
“如果您有能够感知可以感知特定生物分子的成像探针，您可以了解如何进一步了解疾病的更多信息。”
双重动作
约翰逊和他的同事设计了颗粒，因此它们可以从由具有称为硝基氧化物的有机MRI造影剂或称为Cy5.5的荧光分子的有机MRI造影剂组装的结构块组装。
当以所需比率混合在一起时，这些构件块加入以形成特定的纳米结构结构，作者称为分支瓶子聚合物。对于这项研究，它们产生的颗粒，其中99％的链携带硝基氧化物，1％携带Cy5.5。
硝基氧化物是含有与未配对电子结合的氧原子的氮原子的反应性分子。硝基氧化物抑制Cy5.5的荧光，但是当硝基氧化物遇到诸如维生素C的分子时，它们可以抓住电子，它们变为无活性和Cy5.5荧光。
硝基克莱德通常在生活系统中具有非常短的半衰期，但内布拉斯加州大学化学教授Andrzej Rajca，他也是新的自然通信纸的作者，最近发现它们的半衰期可以通过将两个庞大的结构连接到他们。此外，自然通信纸的作者表明，在约翰逊的分支瓶装聚合物架构中纳入Rajca的硝基己酰胺导致氮氧化物寿命更大。通过这些修饰，硝基X可以在小鼠的血流中循环几个小时，足够长，以获得有用的MRI图像。
研究人员发现，它们在肝脏中积聚的成像颗粒通常是纳米颗粒。小鼠肝脏产生维生素C，因此一旦颗粒到达肝脏，它们就抓住了维生素C的电子，关闭了MRI信号并提高了荧光。他们还发现没有MRI信号，但脑中少量荧光，这是肝脏中产生的大部分维生素C的目的地。相反，在血液和肾脏中，维生素C浓度低的情况下，MRI对比度是最大的。
混合和匹配
研究人员现在正在努力提高它们在传感器遇到诸如维生素C的靶分子时得到的信号差异。它们还创造了载体荧光剂加上三种不同药物的纳米粒子。这允许它们跟踪纳米颗粒是否被递送到其目标位置。
“这是我们平台的优势 - 我们可以混合和匹配并添加几乎我们想要的任何东西，”约翰逊说。
这些颗粒还可用于评估患者肿瘤中的氧自由基水平，这可以揭示关于肿瘤的侵略性的有价值的信息。
“如果我们能够在那里掌握这些探针，我们可能能够透露有关肿瘤环境的信息，如果我们能够在那里得到这些探针，”约翰逊说。“总有一天你们可以在患者中注射这一点，并获得有关疾病部位的实时生化信息，以及健康组织，这并不总是直截了当的。”
昆士兰理工大学的纳米技术和分子科学教授Steven Bottle表示，这项研究中最令人印象深刻的元素是两种强大的成像技术进入一个纳米材料。
“我相信这应该提供一个非常强大的，代谢的多组合成像模型，它应该提供一种非常有用的诊断工具，其具有追随体内疾病进展的实际潜力，”瓶子说，他不参与研究。
该研究由国家卫生研究院，国防部，国家科学基金会和科赫综合癌症研究所资助。
出版物：Molly A. Sowers等，“用于体内MRI和荧光成像的氧化还原响应分支 - 瓶装聚合物，”自然通信5，物品编号：5460; DOI：10.1038 / ncomms6460
图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）
