李振/李倩倩/张玉峰联合团队在Science Advances发表最新成果

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近日，聚焦有机室温磷光在肿瘤成像中的应用，Science Advances（《科学·进展》）在线发表了化学与分子科学学院、泰康生命医学中心李振/李倩倩课题组与武汉大学口腔医院张玉峰课题组合作的关于有机室温磷光纳米颗粒检测肿瘤转移过程的研究。
        论文标题为“Lighting up metastasis process before formation of secondary tumor by phosphorescence imaging”（《在次生肿瘤形成前通过磷光成像点亮肿瘤转移的过程》）。化学与分子科学学院2020级博士生常凯和口腔医学院2022级博士生肖乐怡为论文的共同第一作者，口腔医学院教授张玉峰、化学与分子科学学院教授李倩倩和李振为通讯作者，生命科学学院教授陈明周为共同作者。
         据统计，肿瘤转移是导致癌症死亡的首要原因。尽管在抗击癌症转移方面已经进行了大量的研究，但要实现癌症转移的早期诊断和有效治疗仍然存在巨大的挑战。癌症的转移过程包括癌细胞的侵袭、内渗、循环和外渗，在远处器官形成转移前生态位和转移生态位，最终导致远端次生肿瘤的形成，并与原发肿瘤共存。目前，肿瘤转移的检测主要集中在次生肿瘤形成时期，往往会导致患者治疗效果欠佳、预后不良等。因此，在更早时期快速且精准定位肿瘤转移靶器官尤为关键。
         近年来，由于良好的生物相容性以及优异的生物自发荧光背景屏蔽能力，有机室温磷光(Room-temperature phosphorescence, RTP)生物成像有很大进展，目前已经可以应用于细胞成像、肿瘤内含氧量成像、小鼠活体皮下成像、活体淋巴成像和活体皮下肿瘤成像等。得益于在激发源撤去后能持续发光一段时间的特性，有机磷光成像能完美屏蔽生物自身的荧光背景，体现出更高的检测灵敏度。而且，磷光成像可以在较低的功率密度下，只需控制激发光源的开和关就能获得高信噪比的光学信号，有望用于肿瘤转移过程的监测，实现其早期诊断。

图1：使用纯有机室温磷光纳米颗粒检测肿瘤转移过程的示意图

          该研究团队制备了基于吩噻嗪衍生物的纯有机磷光纳米颗粒，特异性地监测了原发肿瘤的肺部转移。该团队在第0天将H22肝脏肿瘤植入健康BALB/c小鼠的肝脏，建立从肝脏到肺部的肿瘤转移模型。通过肺部磷光成像、显微CT和组织病理学检查，每3至4天同步检测肺部的转移程度。依据静脉注射磷光纳米颗粒后3小时的磷光成像结果，肺部的最大磷光辐射值从第0天到第27天逐渐上升，表明磷光纳米颗粒在肺部逐渐富集。第3天，统计分析结果显示，最大磷光辐射强度为1.5 ± 0.1 × 105p sec-1cm-2sr-1，体现出显著的统计学差异(P= 0.0321)，作为对照实验，健康BALB/c小鼠注射磷光纳米颗粒后的最大磷光亮度从第0天到第27天基本保持不变。此时，在H&E染色分析中没有发现明显的转移性肿瘤。同时，从显微CT计算出的肺部体积，和H&E染色的肺部图像无显著差异。

图2：在小鼠原位肝癌模型中，通过纯有机室温磷光材料成像、CT、组织切片H&E染色检测肿瘤转移

        为探究肺部的转移状态，该团队进一步开展了免疫组化实验：TGF-β、TNF-α和VEGF的表达明显增强，P值分别为0.0002、<0.0001和0.0005，表明肺部的微环境已经明显改变，形成了转移前生态位(Pre-metastatic niches, PMNs)。同时，BCL-2的表达略有增加(P= 0.908)，意味着在转移前生态位PMNs之后，有少量来自肝癌的循环肿瘤细胞(CTCs)。因此，通过磷光成像检测到的肿瘤转移过程是肺部的转移生态位(Metastatic niches)。

图3：小鼠原位肝癌模型中的免疫组织化学(IHC)分析

       该研究利用有机室温磷光纳米颗粒的超长寿命和超高亮度，通过高信噪比的肺部磷光成像，成功检测到肿瘤转移过程中继发肿瘤形成前的微环境变化。在原位肝癌和静脉注射癌细胞模拟血液肿瘤转移的模型中，于肿瘤植入肝内或静脉注射癌细胞后的第3天，肺部只存在微环境变化时，就通过磷光成像监测到肿瘤的肺部转移。此方法领先于目前已有的荧光成像、磁共振成像、PET-CT等其他影像方法(在次生肿瘤阶段才能检测到)，为早期肿瘤转移的检测提供了灵敏、简便的手段，在很大程度上有助于阻止次生肿瘤的形成和可能的恶化，为治愈癌症提供更多机会。
        该研究工作得到了国家自然科学基金、学校科研公共服务条件平台和学校大型仪器设备共享平台的支持。
        原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf6757
        课题组网站：http://ligroup.whu.edu.cn/
        文章来源：武汉大学
        李振，武汉大学教授，博士生导师，国家杰出青年获得者。主要研究方向是有机/高分子光电功能材料。1997年本科毕业于武汉大学化学系，2002年6月获武汉大学理学博士学位。2004年，博士论文入选全国优秀博士论文提名论文。2003年11月至2004年11月在香港科技大学化学系唐本忠教授课题组从事科学研究；2010年3月至8月在美国乔治亚理工学院化学与生物化学系Seth Marder教授课题组从事科学研究。在此期间，并获得了中国化学会“青年化学奖”、“湖北省自然科学一等奖”、 “教育部新世纪优秀人才支持计划”、冯新德polymer prize (Elsevier)、“霍英东教育基金会青年教师奖”、获得亚洲之星、国家自然科学基金委杰出青年基金等多个荣誉。以通讯作者或第一作者在国际知名杂志Angew. Chem.-Int. Ed、Chem. Soc. Rev、Chem. Sci、Adv. Funct. Mater、Chem. Comm、Chem. Mater、 Chem. Eur. J、 Macromolecules、Polymer Chemistry等期刊上发表论文100余篇。
        李倩倩，博士，武汉大学副教授。本科毕业于湖北大学，之后在武汉大学获得博士学位。研究方向：有机共轭体系，研究范围涉及染料敏化太阳能电池，发光材料，传感器等领域。至今以第一作者或通讯联系人发表SCI论文40余篇。