在生理环境中高效原位的材料自组装具有独特的生物效应，其中重要的材料评价和优化的参数是材料的体内组装效率。然而，在复杂生理环境中，定量自组装效率的方法建立，极具挑战，目前尚无相关报道。针对定量化材料的体内组装效率这一难题，ng28南宫李莉莉研究员团队发展了基于核磁成像技术的高灵敏、定量计算纳米组装体在体内的组装效率的新方法。该工作以“Quantitative Detection of In Vivo Aggregation Degree for Enhanced M2 Macrophage MR Imaging”为题发表在Nano letters期刊上。
本工作基于叶绿素衍生物设计了一种酶响应性多肽分子探针。该分子探针的工作原理如下：首先，甘露糖部分为靶向部分，通过M2巨噬细胞表面甘露糖受体进行靶向，并介导分子内化；其次，多肽序列具有组织蛋白酶B的酶切位点，实现高效的酶响应剪切；最后，螯合了顺磁造影剂Mn2+的叶绿素衍生物部分为组装部分，在酶切后诱导形成J-型分子堆积。研究团队前期基于叶绿素衍生物进行了大量的可激活体内组装（bioactivated in vivo assembly，BIVA）分子探针设计，并有效调控了叶绿素分子在体内的堆积模式和组装结构（Materials Today 2021, 45, 77-92； Nano Lett 2018, 18(10), 6229-6236；Adv Mater 2016, 28(2), 254-62）。基于具有可激活体内组装（bioactivated in vivo assembly，BIVA）特点的多肽分子探针，通过酶剪切前后，多肽分子探针从单体状态到组装体状态下的转变，导致核磁共振分子弛豫率（T1和T2）变化，定量表征纳米组装体体内聚集度，最终实现体内组装效率的定量检测。该成像方法具有高灵敏度的特点，其最低检测限为10-4 M。经多肽分子探针的核磁成像表征，可优化得到高效自组装材料，其在细胞内的组装效率可达71.2%，在动物体内组装效率可达55.6%。该多肽分子探针不仅有效增强核磁共振T1信号，还有效延长了检测时间窗口，是一种安全有效的增强核磁成像造影剂。
ng28南宫联合培养硕士生罗禄军和刘秀梅为该文章共同第一作者，ng28南宫李莉莉研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助支持。
论文链接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04711
图. 分子设计，核磁共振成像测定体纳米组装体内组装效率，并增强核磁共振体内成像窗口
