研究进展：炎症性肠病（IBD）是一类复杂的疾病，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病，这些病的特征是在结肠黏膜层有炎症和溃疡，同时这也是结直肠癌的高风险症状。IBD的临床诊断目前是通过内窥镜检查、放射学检查（如钡餐X线成像）和组织学检查等方式进行的。然而，内窥镜检查是侵入性的，对于患者体内是否对内窥镜耐受也构成了挑战，而放射成像则具有暴露于电离辐射的风险。中性粒细胞中的弹性蛋白酶（NE）是一种丝氨酸蛋白酶，通常在单核细胞、T细胞和肥大细胞中表达，弹性蛋白酶不仅是快速反应慢性炎症和对感染、损伤的关键因素，还是一种炎症维持因子。弹性蛋白酶表达与 IBD 直接相关，而 NE 在 IBD 患者的炎症部位高度表达。因此，为了准确的临床诊断和药物治疗，IBD 无创诊断非常需要快速有效的方法来检测 IBD 相关生物的生物活性分子。光学成像诊断IBD面临诸多挑战，例如腹腔的自发荧光会干扰诊断结果，以及在可见光到近红外I（NIR-I, 400-900 nm）荧光中的成像穿透深度低等问题。碳点（CDs）因其具有稳定和优异的光学特性、低毒性、高分散性和成本低等特点，在生物材料领域受到越来越多的关注。目前，大多数报道的荧光纳米探针的发光发射仅限于可见光到 NIR-I 区域。越来越多的研究表明，在体内，近红外 II（NIR-II, 1000-3000 nm）发光成像可以显著提高成像分辨率、组织穿透深度和高信噪比。该技术可广泛应用于各种生物医学领域解决方案：作者开发了一种 NE 激活的NIR-II荧光CDs（OPDG-PFA@PEI），用于通过 NE活性的NIR-II荧光成像监测对早期IBD进行无创诊断评估（如图1所示）。他们将 OPDG 荧光团与PFA部分偶联作为可激活分子，通过溶剂热法顺利地得到了目标产物，并且产物在水溶液中具有很强的NIR-II发光发射。OPDG-PFA@PEI具有低细胞毒性和良好的生物相容性等优良特点，可以被激活并提供对NE特异性的NIR-II荧光增强反应。在此研究基础上，作者进一步系统地验证了OPDG-PFA@PEI对早期IBD功能特性的无创诊断。他们选择对正常小鼠、早期IBD小鼠和晚期IBD小鼠进行NIR-II荧光成像实验（如图2所示）。这些数据进一步说明了OPDG-PFA@PEI可以实现早期IBD的无创诊断，并且OPDG-PFA@PEI早期IBD的NIR-II荧光成像比结肠镜检查和肠道组织学分析更准确、更有利于无创诊断。![]()
图1：NE活性炭点OPDG-PFA@PEI用于通过口服给药通过NIR-II荧光成像无创诊断IBD的示意图。
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图2：口服OPDG-PFA@PEI后NIR-II荧光成像和IBD评估。（a）每组小鼠的体重变化；（b）每组的DAI分数；（c）口服 OPDG-PFA@PEI 4小时后正常小鼠、早期IBD和晚期IBD的NIR-II荧光成像；（d）小鼠腹部发光强度的定量（统计ROI区域显示在（c）中）；（e）小鼠的结肠长度；（f）每组小鼠结肠的NIR-II荧光成像；（g）ELISA试剂盒检测小鼠结肠匀浆中的NE水平；（h~j）每组小鼠结肠匀浆中TNF、IL-6和IL-1β的水平。
结论：为了解决通过光学成像技术诊断IBD面临的诸多挑战，作者通过两步溶剂热/表面共价键修饰反应设计合成了OPDG-PFA@PEI可用于NIR-II荧光成像的荧光纳米探针。OPDG-PFA@PEI的制备方法简单，反应成本低，光稳定性好。原位NE活性的NIR-II荧光成像能够在DSS诱导的IBD小鼠模型中筛查早期IBD，其副作用可以忽略不计，优于组织学检查和其他典型临床测试。该方案可以对可激活NIR-II荧光CDs进行进一步探究，这将有助于改进临床光学无创诊断技术。参考文献：Gong D. et al. Neutrophil Elastase-activated
Carbon Dots for Non-invasive Early Diagnosis of Inflammatory Bowel Disease by Near-infrared-II
Fluorescence Imaging. Chemical Engineering Journal. 2024,
499, 156099-156109.
