类风湿关节炎（RA）是一种隐匿的自身免疫性疾病，症状是对称性疼痛、发红和周围关节肿胀，严重时出现永久性残疾，但是其直接原因尚不清楚。对于常规成像技术，由于灵敏度低和组织穿透能力弱，很难获得完整有效的RA信息。众所周知，NIR-II（1000-1700 nm）光声（PA）分子成像（PMI）是一种新兴的无创诊断策略，在大成像深度下具有高信噪比（SNR）和灵敏度。但是，目前针对RA的NIR-II PMI仍然存在以下挑战：
1）RA关节的组织环境更为复杂，需要更深的成像穿透力；
2）RA关节具有关节腔，需要生物相容性更好的材料，否则易导致更严重的关节损伤。
其中，有机共轭聚合物材料具有NIR-II吸收强、光稳定性高和生物相容性好的优势，是一种有希望的材料。
【成果简介】
基于此，南开大学的丁丹教授、中科院深圳先进技术研究院的刘成波副研究员和张鹏副研究员（共同通讯作者）等人报道了一种新型的NIR-II共轭聚合物纳米探针（PNPs），该纳米探针具有较强的光吸收性、高的光稳定性和良好的生物相容性。将具有RA治疗和靶向性功能的单克隆抗体（mAb）-托珠单抗（tocilizumab, TCZ）（获得FDA批准）与PNPs进行偶联，制备了TCZ-PNPs，进而可以同时对RA靶向、成像和治疗。利用胶原诱导的关节炎（CIA）动物模型进行体内RA的诊断，同时结合设计定制的PA 3D层析成像仪器，发现NIR-II PA分子成像指导的RA治疗，具有高灵敏度、高特异性和SNR。值得注意的是，经过长时间治疗后，使用具有大样本量的TCZ-PNPs（40只小鼠）对RA的治疗和NIR-II 3D PA监测显示出可显着的抑制RA。此外，NIR-II PMI对RA小鼠的治疗评估，与临床微软骨组织（micro-CT）和组织学分析是一致。总之，本文首次展示了使用NIR-II PMI同时进行诊断和治疗RA的实例。
TCZ-PNPs的制备与简单表征
作者合成了一个供体-受体（D-A）型共轭聚合物（PBDTBBT），并通过纳米沉淀法利用两亲性共聚物（1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy-(polyethylene glycol)-2000] (DSPE-PEG2000) DSPE-PEG2000-COOH and DSPE-PEG2000）作为封装剂制备了水溶性PBDTBBT纳米颗粒（PNPs），接着将mAb TCZ与PNPs共价连接获得了TCZ-PNPs。其中，对TCZ的负载率为29.2％。透射电子显微镜（TEM）测定发现TCZ-PNPs为均匀的球形，平均尺寸为190±5.6 nm。此外，TCZ-PNPs在1200 nm（NIR-II）处很强的吸收带。
TCZ-PNPs的NIR-II PA性能
在1064 nm激光辐照下，所有测试浓度下TCZ-PNP的PA信号均高于800和1200 nm下的PA信号。在量化SNR后，在1064 nm下的PA图像显示了高达26.3 dB的SNR，分别比800和1200 nm高6.8和2.3倍。需注意，TCZ-PNPs的PA强度显示出与其浓度呈线性关系，表明其可用于定量分析。在1064 nm下，TCZ-PNPs（12 µg/mL）能以6 mJ cm-2的荧光率清楚的看到其对相应的PA强度。在1064 nm照射4 min后，未观察到PA信号的明显变化，表明TCZ-PNPs具有出色的光稳定性。此外，在连续激光照射（1064 nm）10 min后，TCZ-PNPs没有明显变化，表明其光稳定性极佳。
TCZ-PNPs的NIR-II PMI效果
作者利用NIR-II PMI在RA小鼠模型中评估TCZ-PNPs的体内靶向作用，将9只小鼠平均分为三组：对照组-正常-TCZ-PNPs组、RA模型-PNPs组和RA模型-TCZ-PNPs组。在三个组中，前爪均显示出初始的低PA信号。但是，RA模型-TCZ-PNPs组的PA信号随时间增强，在注射8 h后达到最大PA强度。需注意，在8 h后，RA的PA图像显示出更高的SNR（35.8 dB）。研究发现，NIR-II PA成像不仅可以获取2D最大振幅投影（MAP）PA/超声（US）图像，而且还可以获取层析成像图像-深度分辨B扫描PA/US图像。利用TCZ-PNPs进行3D成像可提供完整的高分辨率图像，有助于准确的RA诊断。
TCZ-PNPs在体内对RA的疗效
作者将20只患有RA的小鼠平均分成四组，每隔一天分别静脉注射生理盐水（200 µL）、TCZ（1 mg kg-1）、PNPs（3.5 mg kg-1）和和TCZ-PNPs（3.5 mg kg-1的PNPs）溶解在200 µL生理盐水中，连续30 d。在MAP PA图所示，正常小鼠在第27 d、第42 d和第57 d显示出非常低的PA信号。但是，对于TCZ-PNPs治疗的小鼠组，第27 d在前爪的关节区域观察到了最初的高PA信号强度，但最终PA信号强度从1.05下降到0.02，接近正常小鼠组的水平，表明TCZ-PNPs对RA有不错的治疗效果。此外，治疗后RA的症状消失，并且前爪的厚度恢复。因此，TCZ-PNPs的NIR-II PMI是一种软骨成像和监测炎症的策略。但是，仍缺乏对炎症细胞因子（白细胞介素-6、白细胞介素-1β等）和C-反应蛋白的生化分析。
正常组没有明显的PA信号，表明TCZ-PNPs在正常小鼠的爪中没有积累。生理盐水和PNPs组出现高PA信号，表明TCZ-PNPs大量积聚在关节中，RA加重。而TCZ组显示相对较低的PA信号，但不能完全缓解炎症。需注意，TCZ-PNPs组显示出最小的PA信号，该水平接近正常组，表明RA被显着抑制。对比正常对照组（1330 mg/cm3），生理盐水处理组在micro-CT成像时，出现严重的骨侵蚀和低的骨矿物质密度（BMD，1021.3 mg/cm3）。TCZ和PNPs组的BMD分别为1093.6和1002.1 mg/cm3。而TCZ-PNPs组的BMD达到1265.2 mg/cm3，接近正常小鼠的水平。该结果表明TCZ-PNPs显着抑制RA，并防止RA介导的骨侵蚀。总之，这些结果表明对比TCZ，TCZ-PNPs具有更高的RA治疗效果，同时TCZ-PNPs具有辅助NIR-II PMI诊断和监测RA治疗的附加功能。
全文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202003399
