光声成像，最新Nature Chemistry！
奇物论
2021-11-01
尽管癌症的诊断、治疗和管理取得了进展，但每年仍有近 1000 万人死亡，其中肺癌是主要原因。一种可以潜在改善这些统计数据的新兴技术是伴随诊断 (CDx)——通过检测对药物激活至关重要的生物标志物来确定哪些患者可以从特定治疗中受益的测试提供基本信息。目前美国食品和药物管理局 (FDA) 批准的 CDx 是为体外测试而设计的，因此不能解释可能影响药物疗效的肿瘤微环境的变化。为了提供准确、实时的信息，开发新的基于分子成像的 CDx 以及针对异常癌症特性的相应药物至关重要。然而，大多数临床批准的成像剂通过化学计量结合事件用于癌症靶细胞表面生物标志物。除了较差的信噪比之外，基于结合的策略还排除了小分子靶标的检测，例如谷胱甘肽 (GSH)。基于活动的传感 (ABS) 是一种强大的替代方法，它依赖于化学反应性的选择性检测。与基于荧光的 ABS 探针相比，由于散射和光衰减，只能在毫米深度范围内工作，相比之下，用于光声(PA) 成像的相应化学工具可以用作体内测试的 CDx。PA是一种非侵入性方式，通常利用近红外 (NIR) 光来诱导产生超声信号。由于临床相关的超声频率以最小的扰动穿过生物组织，因此可以精确定位信号源以在厘米范围内获得高分辨率图像（数十微米）。无标记的PA成像已在临床上用于检测乳腺癌、甲状腺癌、炎性关节炎和硬皮病。最近，研究人员通过开发声致ABS探头扩大了PA成像的范围。选择的例子包括用于检测金属离子失调、缺氧、蛋白酶和信号分子（例如一氧化氮和硫化氢）的显像剂。近日，伊利诺伊大学香槟分校Jefferson Chan等人利用物理有机化学中的经典原理来指导第一个基于光声成像的伴随诊断（PACDx）以及匹配的基于吉西他滨的前药（PARx）的开发，用于选择性检测肺癌模型和活小鼠中升高的谷胱甘肽 (GSH)。成果发表在Nature Chemistry上。
示意图
在这项工作开始时，研究人员主要目标是开发一种基于 PA 成像的 CDx，它可以根据 GSH 水平升高来识别肺癌患者。另一个目标是使用 CDx 来识别对治疗有反应的癌症患者与对治疗没有反应的癌症患者。研究人员设计了一项前所未有的盲法研究，以在这两个目标的背景下评估 PACDx 的性能。通过应用 PACDx，研究人员能够将具有不同肿瘤类型的七只小鼠分为两组。随后用前药PARx进行的治疗表明，怀疑患有肺癌的那组确实有反应。这表明，通过该技术，研究人员能够成功地识别和治疗患有肺癌的小鼠。并且发现 PARx 抑制了肿瘤生长，而小鼠也没有表现出脱靶毒性效应的迹象或症状，如体重减轻或肝损伤。相比之下，一组接受对照而不是药物的小鼠在三周的治疗过程中出现了显著的肿瘤生长。
此外，新CDx被用于原位肺癌和肝转移模型，以证明其广泛的用途。这一应用非常重要，因为它克服了PA成像领域的一个突出挑战，即检测肺部区域的生物标志物。接下来，研究人员正在努力进一步提高选择性和检测能力，以便他们可以检测身体任何部位的微转移或癌症扩散的微小簇。研究人员还希望将他们的方法应用于其他生物标志物，为其他癌症创造微调的靶向分子。图|PACDx 和 PARx 在无偏动物研究中的应用综上所述，疾病生物标志物的鉴定以及随后使用该信息来指导治疗决策是非常可取的。在这项研究中，研究人员利用物理有机方法来指导基于 PA 成像的 CDx 的开发，用于检测肺癌小鼠模型中的 GSH。与商业探针相比，PACDx 在NIR 窗口中吸收最大，这种特性有助于进入身体的更深区域。该技术可以实现实时可视化疾病进展过程中发生的变化。总之，这项研究展示了 PA 成像在检测关键生物标志物方面的潜在用途，并使能够在治疗前预测哪一组动物在接受PARx 治疗时将具有最大的治疗效果Lucero, M.Y., Chan, J.Photoacoustic imaging of elevated glutathione in models of lung cancer forcompanion diagnostic applications. Nat. Chem. (2021).https://doi.org/10.1038/s41557-021-00804-0
