英文原题：Monitoring Neovascularization of Malignant Solid Tumors with Horseradish Peroxidase-Functionalized Near-Infrared-II PbS Quantum Dots
通讯作者：庞代文，南开大学；张诗武，天津市人民医院、南开大学
作者：Lu-Lu Chen(陈露露), Zhi-Gang Wang (王志刚), Hao Zhang (张昊), Li-Ming Chen (陈黎明), Liang Zhao (赵亮), Zhen-Ya Liu (刘振亚), Wei Zhao (赵伟), Lin-Han Jiang (姜林汗), Ai-Xin Ma (马爱新), Xiaohui Yang (杨小慧), Shu-Lin Liu (刘书琳), Shiwu Zhang (张诗武),* Dai-Wen Pang (庞代文)*
背景介绍
恶性实体瘤的生长和转移依赖于肿瘤新生血管的生成，当肿瘤直径大于2 mm 时，需要由血管提供氧气和营养。1999 年美国Maniotis等在肿瘤微循环研究中，首次报道了一种存在于恶性肿瘤组织中的特殊血液供应模式——血管生成拟态。如果能实时监测体内的血管生成拟态发生发展将有助于良恶性肿瘤的原位无创鉴别和恶性实体瘤的早期诊断。然而，目前仍缺乏具有足够亮度、能在活体环境中稳定存在且可实现深层组织高时空分辨成像的近红外二区荧光标记物。因此，为实现肿瘤组织中血管生成过程的无创及可视化检测，发展高时空分辨率的新型活体荧光成像标记物具有十分重要的意义。
文章亮点
图1. HRP-QDs的合成与表征。(A) HRP-QDs的制备及其与3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)和 H2O2的显色反应示意图；(B) HRP-QDs及其与TMB和 H2O2混合物的紫外-可见-近红外吸收光谱；(C) PEG-QDs和 HRP-QDs的荧光发射光谱；(D) OPA-QDs，PEG-QDs和 HRP-QDs的流体动力学直径和表面ζ电势。
近日，南开大学庞代文教授和张诗武教授在Chemical & Biomedical Imaging上发表了辣根过氧化物酶功能化的近红外二区硫化铅量子点（HRP-QDs）监测恶性实体瘤新生血管的研究工作。首先将硫化铅量子点进行相转移和聚乙二醇化修饰，随后利用酰胺反应在其表面偶联辣根过氧化物酶构建出一种可在活体血液中长循环的近红外二区量子点荧光成像标记物（图1）。在低背景的近红外二区，宽度仅为99.5 μm的细小血管能够被清晰地分辨出来，实现了肿瘤血管微米级的高时空分辨荧光成像并可实时监测不同生长时期的肿瘤血管结构变化（图2），展现出量子点在生物医学成像上的应用潜力。
图2. HRP-QDs的近红外二区活体成像。(A) 小鼠尾静脉注射HRP-QDs后全身(上)和肿瘤血管 (下) 的时序荧光成像(曝光时间:5毫秒，标尺:5mm)；(B-D) 肿瘤血管放大荧光图像和血管直径拟合。
为了进一步验证HRP-QDs在组织层面的血管分析，根据内皮细胞的有无，将血管分为两类，一类是血管生成拟态——血管管腔结构由肿瘤细胞构成，并无内皮细胞的参与；另一类是内皮依赖性血管——血管管腔结构由内皮细胞构成。血管生成拟态是肿瘤生长早期阶段的血液供应模式，而内皮依赖性血管是肿瘤进一步生长出现的较为成熟的血液供应模式，这两种血液供应模式的区分证明了HRP-QDs体系对恶性实体瘤生长早期血液供应模式的鉴别能力，根据血管生成拟态是否出现实现了良恶性肿瘤的准确鉴别（图3）。
图3. 肿瘤体内血管成像及体外组织切片成像。(A) 小鼠肿瘤血管的活体成像及组织切片示意图；(B) 小鼠尾静脉注射HRP、PEG-QDs和HRP-QDs后肿瘤血管的体内、体外成像(标尺:10 mm)和免疫组化成像(标尺:100 μm)；(C) 血管生成拟态和内皮依赖性血管的明场、免疫荧光和免疫组化图像 (标尺:100μm；绿色箭头指向血管生成拟态，白色箭头指向内皮细胞，蓝色箭头指向内皮依赖性血管)。
为了监测肿瘤生长过程中血液供应模式在时间上的延续性和空间上的结构关系，观察血管生成拟态的形成及分布情况，研究团队进一步构建了大小为2-5 mm的肿瘤模型。实验结果表明，2-5 mm肿瘤附近均出现大血管供血现象，随着肿瘤的增长，肿瘤血管数量逐渐变多，密度增加，管腔逐渐变大，血管逐渐变粗。2 mm肿瘤中的血管均为血管生成拟态，肿瘤增长至3 mm以后才出现内皮依赖性血管。 随着肿瘤的增长，其血管生成拟态占血管总数比例逐渐降低，而内皮依赖性血管所占血管总数比例逐渐升高，在5 mm肿瘤血管中，内皮依赖性血管占比已达75.8%，这也证明了肿瘤逐渐成熟，供血和营养供给功能逐渐完善（图4）。
图4. 肿瘤血管的生成。(A) 2-5 mm肿瘤的体内和体外血管成像，免疫组化和免疫荧光成像（标尺: 活体肿瘤：5mm；IHC/IF：50 μm）；(B) 2-5 mm的肿瘤血管密度；(C) 组织切片中2-5mm的肿瘤血管数量统计；(D-G) 2-5 mm肿瘤组织切片中血管生成拟态占比、血管生成拟态数量统计、内皮依赖性血管数量统计、内皮依赖性血管占比。
总结/展望
基于所构建的高亮度近红外二区量子点荧光标记物，研究团队实现了对活体内肿瘤血管的微米级空间分辨和毫秒级时间分辨成像，并联用免疫组化荧光技术可以准确鉴别血管种类，实现了活体成像技术和病理学技术对肿瘤血管生成模式的综合分析。监测不同生长期的肿瘤血管变化，对恶性实体瘤生长早期血液供应模式实现了量化评价，为良恶性肿瘤的原位有效鉴别及恶性实体瘤的早期无创诊断提供了一种新的研究手段。
相关论文发表在Chemical & Biomedical Imaging上，南开大学硕士研究生陈露露和王志刚副教授为论文的第一作者，庞代文教授和张诗武教授为通讯作者。
通讯作者信息
庞代文 教授
庞代文 博士、南开大学化学学院杰出教授、博士生导师、美国医学与生物工程院（AIMBE）Fellow、英国皇家化学会Fellow（FRSC）、南开大学分析科学研究中心主任、全国纳标委纳米光电显示技术标准化工作组组长等。主攻量子点单(颗)病毒动态示踪方法学。
张诗武 教授
张诗武 教授、天津市人民医院病理科主任医师、博士、美国M.D.Anderson癌症中心博士后、博士生导师、天津市整合医学会病理分会主任委员、天津市医师协会病理分会常委、天津市病理质控中心副主任委员等。
从事临床病理诊断23年，主要擅长肿瘤临床病理诊断。主持及参与国家自然科学基金重点项目、面上项目、“863”科技项目等24项，已发表SCI论文123篇，主编及参编论著10部，获批国家发明专利2项。获6项天津市科技进步奖及天津市自然科学奖。天津市“131创新型人才团队”带头人、天津市“131”第一层次人才。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
