臨床化療過(guò)程中，無(wú)法準(zhǔn)確地獲取病灶區(qū)實(shí)際藥物含量信息是醫(yī)生所面臨最棘手的問(wèn)題之一，而該信息是醫(yī)生及時(shí)調(diào)整治療方案以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療的重要依據(jù)。近期，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員施劍林、步文博報(bào)道了一種基于稀土功能材料的新型多功能影像探針，在活體水平成功實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）和磁共振（MRI）雙模式影像實(shí)時(shí)監(jiān)控藥物定量釋放，為后續(xù)在臨床化療中實(shí)時(shí)定量監(jiān)控藥物釋放研究提供了借鑒性研究新思路。該工作已發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Edit. 2014, 53, 4551-4555）。近日，Nature旗下評(píng)論期刊SciBX（Science-Business eXchange）將此項(xiàng)工作列為世界生物技術(shù)領(lǐng)域一周中最為重要的研究成果之一進(jìn)行了專(zhuān)題亮點(diǎn)報(bào)道（SciBX 7(17); doi:10.1038/scibx.2014.506）。
熒光定量法是監(jiān)控藥物釋放的常規(guī)技術(shù)，其原理是載體與裝載藥物形成熒光共振能量轉(zhuǎn)移體系（FRET），隨著藥物的釋放，F(xiàn)RET效應(yīng)減弱，導(dǎo)致體系熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，因此，可根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度的變化推測(cè)藥物的實(shí)際釋放量。但該傳統(tǒng)技術(shù)存在以下缺陷：首先，體系的激發(fā)光源一般為紫外或可見(jiàn)光，在活體組織中的穿透深度有限，并存在嚴(yán)重的組織自發(fā)光干擾信號(hào)，導(dǎo)致靈敏度低、潛在的光毒性；其次，該監(jiān)控技術(shù)僅適用于具有特定吸收光波長(zhǎng)的藥物，而對(duì)其它藥物則無(wú)效，具有一定的局限性。
為了解決以上問(wèn)題，該研究小組在前期工作稀土功能材料用于近紅外光控藥物釋放（Angew. Chem. Int. Edit.2013, 52, 4375-4379）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)和制備了具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光顆粒/空腔介孔氧化硅核殼結(jié)構(gòu)（UCNP@hmSiO2）的多功能納米探針，成功實(shí)現(xiàn)了上轉(zhuǎn)換發(fā)光和磁共振兩種成像模式同時(shí)監(jiān)控抗癌藥物的定量釋放。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料UCNP因其可用近紅外光激發(fā)，且發(fā)射光從紫外至近紅外波段可調(diào)，備受研究人員關(guān)注。該小組將其（供體）和抗癌藥物阿霉素（受體）結(jié)合形成發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移體系（LRET），從而可在近紅外光激發(fā)下，通過(guò)檢測(cè)體系的UCL發(fā)光強(qiáng)度變化以推測(cè)抗癌藥物的實(shí)際釋放量。相比于傳統(tǒng)紫外光和可見(jiàn)光激發(fā)，這種近紅外光激發(fā)的探針顯著提高了活體組織的穿透深度，同時(shí)避免了組織的自發(fā)光干擾信號(hào)，提高了探針的靈敏度。
然而，單一的發(fā)光監(jiān)控模式雖然靈敏度高，但其組織空間分辨率較低，不適合在活體中復(fù)雜腫瘤環(huán)境下實(shí)現(xiàn)藥物的精確定位與監(jiān)控。MRI影像模式的組織空間分辨率較高，且不受穿透深度的限制，可以彌補(bǔ)單一發(fā)光成像模式的缺點(diǎn)。因此，他們?cè)趩我话l(fā)光成像模式的基礎(chǔ)上，借助于精巧的探針結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使探針同時(shí)具有UCL和MRI兩種成像模式，其中MRI影像信號(hào)強(qiáng)度與探針擔(dān)載抗癌藥物量精確關(guān)聯(lián)，只需檢測(cè)MRI信號(hào)強(qiáng)度即可準(zhǔn)確計(jì)算出抗癌藥物的實(shí)際釋放量。值得提出的是，這種MRI監(jiān)控模式具有普適性，不受藥物種類(lèi)的限制。
UCL和MRI兩種監(jiān)控模式因其各自成像優(yōu)勢(shì)，分別適合細(xì)胞水平和活體水平的藥物控釋的實(shí)時(shí)定量監(jiān)控�？傊�，MRI/UCL雙模式成像同時(shí)監(jiān)控抗癌藥物的釋放，將顯著提高監(jiān)控效果。該研究為進(jìn)一步發(fā)展能用于醫(yī)學(xué)臨床腫瘤化療中實(shí)時(shí)監(jiān)控藥物釋放的納米探針提供了新的思路和方法。
上述研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市啟明星跟蹤計(jì)劃、上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”納米科技專(zhuān)項(xiàng)和上海市人才發(fā)展資金的支持。
（a）UCL/MRI雙模式成像同時(shí)監(jiān)控藥物釋放原理；斑馬魚(yú)（b）及SD大鼠（c）水平的藥物釋放實(shí)時(shí)監(jiān)控效果
