中南大學(xué): 微流控制備適配體修飾的脂質(zhì)體探針用于瞬態(tài)三重態(tài)差分光聲成像

光聲成像（Photoacoustic Imaging, PA）是一種新興的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它結(jié)合了光學(xué)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(duì)比度的組織成像。這種技術(shù)依賴于光聲效應(yīng)，即生物組織吸收脈沖激光后產(chǎn)生的瞬時(shí)局部加熱，進(jìn)而引發(fā)超聲波的產(chǎn)生，通過探測(cè)這些超聲波，可以構(gòu)建組織內(nèi)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(jīng)在腫瘤檢測(cè)、血氧水平監(jiān)測(cè)、腦功能成像等多個(gè)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)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(qiáng)光聲信號(hào)，使得特定組織或病變區(qū)域的成像更加清晰。

脂質(zhì)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(nèi)的循環(huán)時(shí)間，并通過表面修飾實(shí)現(xiàn)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(biāo)分子（如蛋白質(zhì)、細(xì)胞表面受體等）特異性結(jié)合。通過將適配體修飾在脂質(zhì)體表面，可以進(jìn)一步增強(qiáng)脂質(zhì)體的靶向性，使其能夠精確遞送至特定的細(xì)胞或組織。在癌癥成像中，靶向性對(duì)比劑能夠顯著提高成像的特異性，減少背景噪聲，進(jìn)而改善診斷精度。盡管脂質(zhì)體和適配體修飾技術(shù)在藥物遞送和成像領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的潛力，但傳統(tǒng)的脂質(zhì)體制備方法（如溶劑注射法、薄膜水化法等）通常面臨操作復(fù)雜和粒徑分布不均等問題。此外，這些方法對(duì)脂質(zhì)體的改性和功能化過程往往耗時(shí)且效率低下。相比之下，微流控混合技術(shù)能夠在微米級(jí)通道內(nèi)實(shí)現(xiàn)不同液相的快速混合和反應(yīng)，從而顯著提高脂質(zhì)體的合成效率與均一性。

近期，中南大學(xué)陳澤宇課題組在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上在線發(fā)表題為“Microfluidic-enabled aptamer-modified liposomal probes for targeted transient triplet differential photoacoustic imaging"的原創(chuàng)性論著。該研究探討了通過微流控技術(shù)制備適配體修飾的脂質(zhì)體探針，并將其應(yīng)用于瞬態(tài)三重態(tài)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(shù)（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(fù)載亞甲基藍(lán)的抗PD-L1適配體修飾的脂質(zhì)體（Apt-MB-Lip）。在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，制備的Apt-MB-Lip在瞬態(tài)三重態(tài)差分光聲成像中表現(xiàn)出了優(yōu)異的成像對(duì)比度和靶向性，尤其是在小鼠腫瘤模型中顯示了較長時(shí)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(shè)計(jì)和脂質(zhì)體合成流程。通過摩方精密PμSL 3D打印技術(shù)，研究者制造了一個(gè)低成本的微流控芯片。該芯片用于快速合成負(fù)載亞甲基藍(lán)（MB）的抗PD-L1適配體修飾的脂質(zhì)體（Apt-MB-Lip）。圖1中詳細(xì)展示了微流控芯片的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括混合通道和微柱混合區(qū)的結(jié)構(gòu)，這些設(shè)計(jì)確保了脂質(zhì)體合成過程中的流體精確控制，實(shí)現(xiàn)了脂質(zhì)體的均勻形成和適配體修飾。

然后，作者進(jìn)行了脂質(zhì)體合成過程中的流體混合模擬與實(shí)際實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究者優(yōu)化了不同緩沖液與乙醇流率比（FRR）下的混合效果。

作者進(jìn)一步對(duì)比了適配體修飾前后脂質(zhì)體的物理化學(xué)性質(zhì)，包括粒徑、PDI和zeta電位等（圖3）。TEM圖像顯示了脂質(zhì)體的形態(tài)，而UV-Vis光譜分析證實(shí)了亞甲藍(lán)在脂質(zhì)體中的包封效率以及適配體的修飾成功。研究還通過DPBF實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了MB-Lip和Apt-MB-Lip在光照條件下的單線態(tài)氧生成效率，結(jié)果顯示Apt-MB-Lip具有更高的單線態(tài)氧產(chǎn)率，這表明其在光動(dòng)力療法（PDT）中的潛力更大。

接著，作者進(jìn)行了瞬態(tài)三重態(tài)差分光聲成像（TTD-PA）的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與體外驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。體外實(shí)驗(yàn)中，研究者通過對(duì)不同樣本（墨水、MB-Lip、Apt-MB-Lip）的成像，驗(yàn)證了Apt-MB-Lip在TTD-PA成像中的優(yōu)異性能。

最后，作者展示了在Lewis肺癌（LLC）小鼠模型中的體內(nèi)成像實(shí)驗(yàn)。圖5展示了TTD-PA成像的實(shí)驗(yàn)流程，小鼠接受MB-Lip或Apt-MB-Lip靜脈注射后，分別在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行成像。結(jié)果表明，Apt-MB-Lip在腫瘤區(qū)域的滯留時(shí)間更長，信號(hào)更強(qiáng)，顯示出優(yōu)異的腫瘤靶向能力。

本研究通過微流控技術(shù)成功制備了適配體修飾的脂質(zhì)體，并在瞬態(tài)三重態(tài)差分光聲成像中展示了其優(yōu)異的靶向性和成像能力。研究結(jié)果證明，這種新型探針在癌癥診斷和治療中具有良好的應(yīng)用前景。同時(shí)，本文展示的微流控芯片設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝也為未來生物醫(yī)學(xué)成像探針的研發(fā)提供了可行的低成本解決方案。