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劉志洪、李貞課題組在腦科學分析領域連續取得進展

作者:通訊員羅曉宇  編輯:鮮文濤  來源:化學化工學院   發佈時間:2021/07/06

腦科學被認為是人類認知領域的“黑洞”,人類對於大腦運作及其功能的理解還是滄海一粟,阿爾茨海默病、帕金森病、腦中風和腦瘤等腦部重大疾病也仍困擾着我們,各類腦疾病的醫療負擔佔全國首位。因此,研發針對腦疾病診斷、治療的新技術、新方法,理解腦疾病的發病機理,是腦科學研究的主要目標之一。

第二近紅外區域熒光成像技術因具有非侵入性、可視化、高時空分辨率、高穿透深度等特點,成為生物成像領域最有吸引力的方向之一,也為腦科學研究提供了獨特的解決方案。基於上述背景,劉志洪教授和李貞副教授課題組在腦科學近紅外二區成像領域開展了系統研究,並連續取得進展。

稀土納米顆粒(RENPs)是一類稀土離子摻雜的熒光納米材料,能夠在近紅外光激發下發射出位於第二近紅外區的熒光。且其具有長熒光壽命、窄發射譜帶、高光/化學穩定性、低毒性和可調諧熒光發射波長等優勢,有望在生物分析和疾病診斷等領域發揮重要作用。該課題組發展了一種染料敏化RENPs的複合材料,得益於該材料優異的發光性能,成功實現了非侵入性、高分辨率腦血管成像,清晰觀察到腦血管網絡結構及細小的毛細血管結構,並可實時監測生理過程中血液動力學及血管結構的變化。相關研究成果“Dye-Sensitized Rare Earth-Doped Nanoparticles with Boosted NIR-IIb Emission for Dynamic Imaging of Vascular Network-Related Disorders”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上(IF: 9.229)。

圖1 RENPs應用於近紅外二區腦血管成像。

缺血性腦卒中(Ischemic Stroke, IS)是導致長期殘疾以及死亡的主要原因之一,是亟待解決的公共健康問題。該疾病的嚴重程度具有時間依賴性。因此,及時評估IS對於該疾病的治療以及預後起着至關重要的作用。該課題組設計並構建了一種可有效富集在腦缺血病灶位點的比率型近紅外二區納米探針,可視化氧化應激水平用於及時評估IS。利用近紅外二區成像的優勢,該探針具有深層的腦組織穿透深度;基於目標物調控染料敏化RENPs發光的原理,該探針對高活性氧物種呈現優異的響應性能。綜合以上功能,該探針通過可視化探針在病灶位點的富集程度以及氧化應激水平,在IS發生30min時即可對其進行監測,並評估其嚴重程度(傳統磁共振成像則在IS發生24h才可觀察到顯著的信號變化)。相關研究成果“Visualizing Oxidative Stress Level for Timely Assessment of Ischemic Stroke via a Ratiometric Near-Infrared-II Luminescent Nanoprobe”發表在ACS Nano上(IF: 15.881)。

圖2 比率型近紅外二區納米探針監測腦卒中示意圖。

結合課題組近年來在腦部光學探針研究領域的持續積累,近日該團隊撰寫了可應用於腦疾病成像的激活型熒光探針綜述。該綜述聚焦發展具有血腦屏障穿透能力的激活型熒光探針,及其在多種腦疾病如腦血管疾病、神經退行性疾病、腦腫瘤等中的成像應用,系統闡述了針對小分子探針及納米探針的血腦屏障穿透策略及探針激活策略,並對該領域現有問題及後續發展進行了較為全面的總結與展望。該綜述文章“Activatable luminescent probes for imaging brain diseases”近期發表在Nano Today上(IF: 20.722)。

圖3 應用於腦疾病成像的激活型熒光探針示意圖。

以上工作均以湖北大學為第一作者或通訊作者單位,劉志洪、李貞為共同通訊作者。

(審稿:張修華)

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