中南大學: 微流控制備適配體修飾的脂質體探針用于瞬態三重態差分光聲成像

光聲成像（Photoacoustic Imaging, PA）是一種新興的生物醫學成像技術，它結合了光學成像的高空間分辨率與超聲成像的深組織穿透能力，能夠提供高對比度的組織成像。這種技術依賴于光聲效應，即生物組織吸收脈沖激光后產生的瞬時局部加熱，進而引發超聲波的產生，通過探測這些超聲波，可以構建組織內部的高分辨率圖像。光聲成像因其非侵入性、高靈敏度和深層組織成像能力，已經在腫瘤檢測、血氧水平監測、腦功能成像等多個領域顯示出巨大的應用潛力。然而，光聲成像的效能在很大程度上依賴于造影劑的使用，這些造影劑能夠顯著增強光聲信號，使得特定組織或病變區域的成像更加清晰。

脂質體是一種由磷脂雙層組成的納米載體，能夠有效包裹藥物或造影劑，延長其在體內的循環時間，并通過表面修飾實現靶向遞送。適配體（Aptamers）是一種具有高度特異性和親和力的小分子核酸片段，能夠與靶標分子（如蛋白質、細胞表面受體等）特異性結合。通過將適配體修飾在脂質體表面，可以進一步增強脂質體的靶向性，使其能夠精確遞送至特定的細胞或組織。在癌癥成像中，靶向性對比劑能夠顯著提高成像的特異性，減少背景噪聲，進而改善診斷精度。盡管脂質體和適配體修飾技術在藥物遞送和成像領域展現了巨大的潛力，但傳統的脂質體制備方法（如溶劑注射法、薄膜水化法等）通常面臨操作復雜和粒徑分布不均等問題。此外，這些方法對脂質體的改性和功能化過程往往耗時且效率低下。相比之下，微流控混合技術能夠在微米級通道內實現不同液相的快速混合和反應，從而顯著提高脂質體的合成效率與均一性。

近期，中南大學陳澤宇課題組在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上在線發表題為“Microfluidic-enabled aptamer-modified liposomal probes for targeted transient triplet differential photoacoustic imaging"的原創性論著。該研究探討了通過微流控技術制備適配體修飾的脂質體探針，并將其應用于瞬態三重態差分光聲成像中的方法與成果。研究中使用了摩方精密面投影微立體光刻（PµSL）3D打印技術（nanoArch® S140，精度：10μm），制造了低成本且高效的微流控混合芯片，用于快速合成負載亞甲基藍的抗PD-L1適配體修飾的脂質體（Apt-MB-Lip）。在體外和體內實驗中，制備的Apt-MB-Lip在瞬態三重態差分光聲成像中表現出了優異的成像對比度和靶向性，尤其是在小鼠腫瘤模型中顯示了較長時間的滯留和高效的腫瘤靶向能力。

首先，作者展示了研究中使用的微流控芯片的設計和脂質體合成流程。通過摩方精密PμSL 3D打印技術，研究者制造了一個低成本的微流控芯片。該芯片用于快速合成負載亞甲基藍（MB）的抗PD-L1適配體修飾的脂質體（Apt-MB-Lip）。圖1中詳細展示了微流控芯片的設計參數，包括混合通道和微柱混合區的結構，這些設計確保了脂質體合成過程中的流體精確控制，實現了脂質體的均勻形成和適配體修飾。

然后，作者進行了脂質體合成過程中的流體混合模擬與實際實驗驗證。通過仿真分析和實驗驗證，研究者優化了不同緩沖液與乙醇流率比（FRR）下的混合效果。

作者進一步對比了適配體修飾前后脂質體的物理化學性質，包括粒徑、PDI和zeta電位等（圖3）。TEM圖像顯示了脂質體的形態，而UV-Vis光譜分析證實了亞甲藍在脂質體中的包封效率以及適配體的修飾成功。研究還通過DPBF實驗檢測了MB-Lip和Apt-MB-Lip在光照條件下的單線態氧生成效率，結果顯示Apt-MB-Lip具有更高的單線態氧產率，這表明其在光動力療法（PDT）中的潛力更大。

接著，作者進行了瞬態三重態差分光聲成像（TTD-PA）的系統設計與體外驗證實驗。體外實驗中，研究者通過對不同樣本（墨水、MB-Lip、Apt-MB-Lip）的成像，驗證了Apt-MB-Lip在TTD-PA成像中的優異性能。

最后，作者展示了在Lewis肺癌（LLC）小鼠模型中的體內成像實驗。圖5展示了TTD-PA成像的實驗流程，小鼠接受MB-Lip或Apt-MB-Lip靜脈注射后，分別在不同時間點進行成像。結果表明，Apt-MB-Lip在腫瘤區域的滯留時間更長，信號更強，顯示出優異的腫瘤靶向能力。

本研究通過微流控技術成功制備了適配體修飾的脂質體，并在瞬態三重態差分光聲成像中展示了其優異的靶向性和成像能力。研究結果證明，這種新型探針在癌癥診斷和治療中具有良好的應用前景。同時，本文展示的微流控芯片設計和生產工藝也為未來生物醫學成像探針的研發提供了可行的低成本解決方案。