香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像

医源性输尿管损伤(IUIs,iatrogenic uretral injuries)是腹盆部手术最严重的并发症之一,在妇科肿瘤手术中的发病率可高达10%,常常引起尿瘘,尿脓毒血症,甚至慢性肾功能不全。此外,需要输尿管重建的相关疾病如UPJO、腔静脉后输尿管常因病变部位定位不准确,导致过多的术中操作,给输尿管造成二次损伤。因此,术中实时识别输尿管对预防医源性输尿管损伤和输尿管相关疾病治疗都是至关重要的。目前临床上用来辨识输尿管的技术手段有输尿管自发的蠕动、凯利氏征、支架管、静脉注射美蓝等。然而它们预防输尿管损伤的效力有限,因此,研发一种在术中辨识输尿管的有效方法是十分必要的。近红外II区(NIR-II,波长在1000-1700 nm)光学成像由于其较高的组织穿透深度和成像分辨率,在术中导航方面展现了巨大潜力。

近日,香港科技大学唐本忠院士团队和苏州大学附属第一医院侯建全教授团队报道了一种近红外II区的纳米颗粒2TT-oC6B dots,实现了兔子体内术中输尿管的荧光成像。2TT-oC6B dots由具有聚集诱导发光分子(AIEgen)和由FDA批准的DSPE-PEG2000外壳构成(图1)。其发射峰值位于1030 nm处,荧光量子产率高达11.0%。

香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像
图1. 2TT-oC6B dots合成示意图。

首先在荧光成像上2TT-oC6B dots与吲哚菁绿(ICG)进行了比较,输尿管管腔逆行注射2TT-oC6B dots后,通过NIR-II荧光信号实时观察到了输尿管及其蠕动,并且输尿管内2TT-oC6B dots荧光成像的信噪比(SBR)和穿透深度远远优于ICG。

香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像
图2. 输尿管内2TT-oC6B dots(左)与ICG(右)近红外II区荧光显像对比。

建立了医源性输尿管损伤(图3)、输尿管疾病(图4)的模型,在输尿管逆行注射2TT-oC6B dots后,通过NIR-II荧光信号均精确定位了输尿管损伤或者疾病的部位。此外,输尿管修补后复通的情况也可通过注射2TT-oC6B dots进行了评估(图5)。

香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像
图3.医源性输尿管损伤的近红外II区荧光显像。
香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像
图4.输尿管常见疾病近红外II区荧光显像。
香港科大唐本忠院士团队与苏州大学附一院侯建全教授团队合作:近红外II区聚集诱导发光的荧光探针实现术中输尿管成像
图5. 输尿管损伤修复近红外II区荧光显像

因此,我们研发了一种稳定性高、NIR-II荧光信号强的AIE纳米颗粒2TT-oC6B dots,实现了动物体内术中输尿管的识别,并为临床手术的实时荧光成像提供了新的策略。

以上相关成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》 (ACS Appl.Mater. Inter.2020, 12(7): 8040-8049)上,影响因子:8.456。论文的第一作者为苏州大学在读博士生杜健,共同第一作者为香港科技大学博士后刘顺杰,中科院深圳先进技术研究院张鹏飞研究员,通讯作者为香港科技大学唐本忠院士和苏州大学附属第一医院侯建全教授、张卫杰医师

论文信息:

Du J, Liu S, Zhang P, et al. Highly Stable and Bright NIR-II AIE Dots for Intraoperative Identification of Ureter[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(7): 8040-8049.

全文链接:

https://doi.org/10.1021/acsami.9b22957

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