基于探针分子原位聚集的体内感染光声检测

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体内感染的检测和准确定位关系到临床治疗策略的制定和预后。光声成像是近几年兴起的具有高分辨率的体内成像技术。尽管光声成像能够实现非标记成像,但是在多数情况下,还是需要造影剂来满足成像的需要。本论文设计了一种能够靶向革兰氏阳性菌的酶响应光声成像分子探针,可以用于体内感染检测,主要结果如下:  1、探针分子的设计与合成。焦脱镁叶绿酸α(Pyropheophorbide-α,Ppa)作为一种有潜力的光热治疗分子,其光热效应及生物安全性已经过评价,除此之外它还具有较强的光声效应,并且它的疏水特性使其在生理条件下发生聚集增强光声效应,从而可以作为光声成像的造影分子。如果将Ppa与感染性细菌的靶向探针相结合,则可以利用光声成像对感染进行无损探测。所以本论文对探针分子的设计思路如下:万古霉素(Vancomycin,Van)能够靶向革兰氏阳性菌,可以作为探针的靶向分子。为了避免万古霉素对Ppa的聚集产生抑制,我们以明胶酶酶切的最短底物PLGVRG作为万古霉素和Ppa的连接肽链,并且细菌产生的明胶酶可以酶切连接肽链,从而在细菌表面附近释放Ppa产生光声信号。根据以上设计思路,合成了探针分子Ppa-PLGVRG-Van。Ppa-PLG作为探针分子被明胶酶酶切后的产物,是光声信号的来源。其在DMSO中呈单分子状态,其吸收峰在668 nm,当溶液中DMSO的体积比降低到40%时,Ppa-PLG聚集形成聚集体,其吸收峰也红移到681 nm,透射电子显微镜(TEM)图像也证实了这一聚集过程。Ppa-PLGVRG-Van分子没有明显的细胞毒性,在1 mg/mL作用72小时后,HEK239和LO2细胞的活性仍然在80%以上。Ppa-PLGVRG-Van被明胶酶酶切后,质谱可以检测到酶切片段,说明其能够被明胶酶酶切。酶切后的Ppa-PLG聚集后能够产生光声信号。计算表明,其聚集后产生的光声信号强度是Ppa-PLGVRG-Van单体分子的2.7倍,光声测量结果也与此一致。以琼脂凝胶作为假体模拟四种模型菌(金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermidis)、大肠杆菌(Escherichia coli)、变形杆菌(Proteus species))造成的感染,革兰氏染色和明胶酶都阳性的金黄色葡萄球菌能够产生比其他三种菌更强的光声信号,表明在体外实验中,Ppa-PLGVRG-Van有很好的特异性。  2、探针分子对体内感染光声成像的研究。在小鼠感染模型中,Ppa-PLGVRG-Van能特异性地对革兰氏阳性且明胶酶阳性的金黄色葡萄球菌造成的感染进行成像。对表皮葡萄球菌(Gram+/Gelatinases-)、变形杆菌(Gram-/Gelatinases+)以及大肠杆菌(Gram-/Gelatinases-)造成的感染产生的光声信号很弱。对由二氧化硅纳米颗粒造成的炎症没有响应,能够区分特异性感染和非感染性肌肉炎。在注射Ppa-PLGVRG-Van分子24小时后,其光声信号达到最强,但4小时后就已经有了对比度,8-12小时可以考虑作为临床造影时间。在注射103 cfu金黄色葡萄球菌12小时后,利用此方法仍然能够检测到感染灶。Ppa-PLGVRG-Van进入体内之后,由于万古霉素的靶向以及明胶酶的酶切,其在特异性感染部位会有聚集,同时在肝、脾和肺中也有较高的含量,其中肺组织中含量最高,这可能是由于分子从血管中渗出到组织中,具体机理还需进一步研究。
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