Nature BME | 超声+纳米科技联手!癌症诊疗一体化‘黑科技’突破4厘米成像极限

文摘   2024-12-19 07:50   日本  


"怀长期主义,聊医工科技"

欢迎添加超哥微信加入交流群,获取前沿,合作等资讯
添加微信时请备注姓名,单位,从事方向等讯息



不错过医工超人文章三部曲:1. 关注公众号 2. 经常点击“在看” 3. 点击公众号右上方设置“星标” 每篇文章都会按时推送不错过

本篇文章大概2500字,深度阅读需要8分钟
      今天的文章中,超哥为大家介绍通过开发超声后发光纳米颗粒(SNAPs)及其在肿瘤治疗中的应用,展现了该技术在癌症免疫治疗和深层组织成像中的巨大潜力。超声后发光不仅克服了传统光学成像方法的深度限制,还能通过智能探针实现精准的分子成像和治疗反馈。这些创新为肿瘤免疫治疗的精准监控、个性化治疗方案的设计以及临床前研究的推进提供了新的思路。研究人员开发了基于超声后发光(sonoafterglow)的纳米颗粒,这种技术不仅克服了传统光诱导后发光的深度渗透限制,还能用于实时、深层组织的成像和治疗监控,特别是在癌症免疫治疗中。
超哥之前介绍的超声纳米科技相关文章:

创新非侵入式高效溶栓治疗:纳米气泡与低强度聚焦超声LIFU+PAF@M结合血栓治疗

穿透肿瘤屏障:超声激活纳米载体Ultrasound-Activated Nanocarriers的精准药物释放


超声后发光纳米颗粒(SNAPs)的开发与特性

超声后发光(sonoafterglow)是一种新兴的成像技术,利用超声波触发纳米颗粒发光。这些纳米颗粒通过一种叫做“超声敏化剂”(sonosensitizer)的成分生成单重态氧(1O2),激活底物并释放出长时间持续的光。相比传统的光激发后发光,超声后发光能够穿透更深的组织(例如深达4厘米),这使得它在深层组织成像中的应用成为可能。

研究人员采用了不同类型的超声敏化剂(如玫瑰苯乙烯、卟啉类化合物、紫杉醇等)与光学材料结合,制造出了具有优异光学特性的超声后发光纳米颗粒。最终,经过优化,NCBS/DPAs SNAPs(超声后发光纳米颗粒)被证明具有最强的后发光强度,并在深组织渗透测试中表现出显著优势。与传统的光诱导后发光相比,超声激发的后发光信号在深层组织中的表现更为亮丽。

超声后发光与传统光后发光的比较

文中对超声后发光与传统光后发光进行了详细的比较。研究表明,超声后发光的亮度是光后发光的2.4倍,这表明超声激发能够产生更多的单重态氧,从而产生更强的发光信号。此外,在深层组织穿透能力上,超声后发光相较于光后发光也有显著优势,能够在厚达4厘米的组织深度中仍然保持高信噪比(SBR)。这些优势使得超声后发光成为一种非常有前景的深层组织成像技术。

分子靶向的超声后发光探针(SNAP-M)

为了更精确地对癌症进行分子成像,研究团队开发了一种能够在特定生物标志物(如过氧亚硝酸盐,ONOO-)激活下触发后发光的探针(SNAP-M)。过氧亚硝酸盐主要由肿瘤相关的M1型巨噬细胞产生,且与免疫治疗的积极预后相关。通过设计具有靶向功能的超声后发光探针,研究人员能够在癌症微环境中实时追踪M1型巨噬细胞的状态,从而为免疫治疗提供精准的监测手段。

SNAP-M能够特异性地响应肿瘤微环境中的生物标志物,尤其是在M1型巨噬细胞的刺激下显著增强其后发光信号。这使得超声后发光不仅仅是一个成像工具,还能为治疗的监控提供反馈,帮助精准判断免疫治疗的效果。

超声后发光在癌症免疫治疗中的应用:SCAN

进一步的研究扩展了超声后发光纳米颗粒在癌症免疫治疗中的应用,提出了超声激活的智能癌症免疫治疗诊疗一体化探针(SCAN)。SCAN探针结合了超声后发光与免疫治疗功能,能够在肿瘤微环境中选择性激活免疫药物(如R837)。该药物通过超声激发产生的单重态氧(1O2)激活免疫治疗,从而增强免疫反应,同时产生的超声后发光信号可以实时监测免疫治疗的效果。

SCAN在体内的免疫治疗效果

SCAN的免疫治疗效果在小鼠模型中得到了验证。在肿瘤小鼠模型中,SCAN能够通过超声激发和ONOO-的双重激活机制,显著增强肿瘤区域的免疫反应。通过长时间的超声治疗,SCAN能够有效诱导M1型巨噬细胞的极化,增加肿瘤相关免疫细胞(如树突状细胞和细胞毒性T细胞)的浸润,并显著抑制免疫抑制细胞(如调节性T细胞)的活性。

SCAN的长期效果与安全性

SCAN的长期效果也得到了验证。通过多次给药和超声治疗,SCAN能够通过诱导免疫反应来控制肿瘤的生长,并有效预防转移。研究还表明,SCAN在体内的生物分布是选择性的,主要积累在肿瘤组织,而其他主要器官(如肝脏、脾脏和肺)中的积累较少,且无明显的毒性反应。SCAN的各成分均为生物相容性良好的有机分子,能够被肝脏和肾脏有效清除。

未来前景与挑战

尽管SCAN和超声后发光技术在癌症治疗中的应用具有巨大的潜力,但仍面临一些挑战。例如,如何进一步提高超声后发光探针的靶向性、提高成像分辨率、优化治疗剂的设计等问题都需要进一步的研究。此外,尽管现有的研究展示了良好的疗效,但如何在临床中推广这些技术仍然是一个挑战,尤其是在不同类型肿瘤的免疫治疗中。

总结

这篇文章通过开发超声后发光纳米颗粒(SNAPs)及其在肿瘤治疗中的应用,展现了该技术在癌症免疫治疗和深层组织成像中的巨大潜力。超声后发光不仅克服了传统光学成像方法的深度限制,还能通过智能探针实现精准的分子成像和治疗反馈。这些创新为肿瘤免疫治疗的精准监控、个性化治疗方案的设计以及临床前研究的推进提供了新的思路。

参考文献

Xu, Cheng, Jingsheng Huang, Yuyan Jiang, Shasha He, Chi Zhang, and Kanyi Pu. "Nanoparticles with ultrasound-induced afterglow luminescence for tumour-specific theranostics." Nature Biomedical Engineering 7, no. 3 (2023): 298-312.


"怀长期主义,聊医工科技"


我是超哥,超声行业17年老伙计,做过研发,搞过生产,趟过市场,开过(在开)公司;越野跑爱好者;工作狂;沟通粗暴直接;严苛完美主义者;起伏皆为过往;信奉长期主义和第一性原则;欢迎来聊来组局...


 我是超哥,下期见...


欢迎添加超哥个人微信
和超哥可以谈项目,聊技术,搭平台,做咨询,介绍工作等等等等
添加微信时请备注(姓名-单位-职位-合作意向)
(可扫描下方二维码添加超哥微信)

*免责声明*

  本公众号注明原创的内容权利属于本服务或本服务权利人所有,未经本服务或本服务权利人授权,任何人不得擅自使用(包括但不限于复制、传播、展示、镜像、上载、下载、转载、摘编等)或许可他人使用上述知识产权的。已经本服务或本服务权利人授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明作者来源。否则,将依法追究其法律责任。

医工超人
超声医工交叉领域最新技术的搬运工,介绍超声医学,生物领域医工结合,AI,数字化和医技方向最新进展
 最新文章