藥物分子定位遞送多模式成像精準示蹤研究 癌癥是威脅人類生命與健康的重大疾病，藥物治療（化療）是治療癌癥的有效手段之一。為進一步提高療效、降低毒副作用，抗癌藥物的定位遞送和精確釋放成為抗癌藥物研發(fā)的重要內(nèi)容。然而，如何實時在線精準示蹤抗癌藥物的遞送過程、靶向釋藥過程以及生物分布與代謝是迫切需要分析科學(xué)解決的難點和核心問題。質(zhì)譜成像技術(shù)是基于質(zhì)譜發(fā)展起來的用于樣本定性和定量檢測的新型分子成像技術(shù)，其通過掃描樣本，可高靈敏、高分辨地獲得待測樣本中目標分子的精準時空分布，為藥物的遞送過程、靶向釋藥過程以及生物分布提供重要信息。本研究工作利用熒光成像和質(zhì)譜成像相結(jié)合的多模式成像分析技術(shù)成功實現(xiàn)了實時精準示蹤靶向結(jié)直腸的新型前藥定位遞送、釋放、分布與代謝的全過程，見圖1。  
圖1
利用多模式成像技術(shù)實現(xiàn)靶向結(jié)直腸的新型前藥實時精準示蹤
1．新型的偶氮基前藥AP-N=N-Cy的構(gòu)建本研究工作設(shè)計合成了一種新型的偶氮基前藥AP-N=N-Cy，該偶氮基前藥由前體藥物分子（AP）通過多功能的偶氮苯基團與近紅外熒光團（Cy）相連接而成。研究結(jié)果表明：該偶氮基前藥不僅可作為對偶氮還原酶響應(yīng)的近紅外探針以實時示蹤藥物遞送過程，而且還可作為抗癌藥物分子(AdP)的遞送平臺。在偶氮還原酶存在的情況下，AP-N=N-Cy中的多功能偶氮苯基會發(fā)生斷裂進而釋放AdP和Cy，其偶氮苯基團充當了開啟Cy熒光的開關(guān)，它的引入使得該偶氮基前藥具有了獨特的熒光開-關(guān)特性（圖2）。
基于偶氮還原酶會特異性地在結(jié)腸中分泌，該偶氮基前藥實現(xiàn)了在結(jié)腸中特異性的定位遞送與靶向釋放。該偶氮基前藥可以口服，并且在到達結(jié)腸前具有高穩(wěn)定性和低毒性。鑒于抗癌藥物分子釋放與熒光開啟過程的同步性，可利用熒光成像和質(zhì)譜成像相結(jié)合的多模式成像技術(shù)對抗癌藥物分子在體外、離體和體內(nèi)的遞送進行精確示蹤。 圖2 偶氮基前藥AP-N=N-Cy的構(gòu)建和釋藥機理  
2. iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡測試條件取健康昆明雄性小鼠，隨機分為兩組并禁食12小時，分別用前藥AP-N=N-Cy（0.1 mL，2 mg / kg）和PBS（0.1 mL）進行灌胃，在灌胃12小時后處死、解剖，取胃、小腸、盲腸、結(jié)直腸、腎臟、心臟、肺、肝和脾臟組織并進行冷凍切片，切片厚度為15 μm。將所得組織切片放置在ITO導(dǎo)電載玻片上（100Ω/ m2，日本大阪松浪玻璃）。使用基質(zhì)噴涂儀iMLayer（Shimadzu，Kyoto，日本）將基質(zhì)α-氰基-4-羥基肉桂酸升華于組織切片表面后，使用成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope TRIO（Shimadzu，Kyoto，日本）對上述組織切片進行成像分析。質(zhì)譜條件如下：正離子模式，采集范圍m/z 150-500；激光直徑10 μm；步長40μm；激光強度35。
3. 基于iMScope TRIO 成像質(zhì)譜顯微鏡的組織成像研究利用iMScope TRIO成像質(zhì)譜顯微鏡在分子水平上對AdP和Cy在不同組織中的生物分布進行精確分析。
如圖3
所示，僅在前藥AP-N=N-Cy灌胃的小鼠盲、結(jié)腸部位檢測到AdP（MS / MS片段，m/z 476.16）和Cy（MS / MS片段，m/z 369.17）的特征信號，而給藥組小鼠其余器官，包括胃、小腸、腎臟、心臟、肺、肝和脾臟等中并未能檢測出藥物分子AdP的分布，表明前藥AP-N=N-Cy僅在小鼠結(jié)直腸中釋放活性藥物AdP和探針分子，且Cy和AdP在分子水平上顯示出優(yōu)異的同步性，使得探針分子Cy的信號可以有效地代表藥物分子AdP的組織分布。圖3 前藥AP-N=N-Cy灌胃12 h后在小鼠組織中的質(zhì)譜成像分析圖  a)盲腸  b) 結(jié)腸  c) 其余器官（疊加圖） 本文相關(guān)內(nèi)容由中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所趙曉博博士生提供，詳細研究內(nèi)容已正式發(fā)表于Analytical Chemistry, 2020, 92: 9039-9047

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