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近来,多模态成像因为可以将多种成像模式的优势整合于一体而备受关注,如正电子发射计算机断层成像(positron emission tomography,PET)/计算机断层扫描(computed tomography,CT),磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)/PET及CT/光学成像。CT是临床最常用的成像检查设备,具有扫描快速、3D成像和费用相对低廉等特点。但是,CT成像的灵敏性较低,且图像的软组织对比度较差。为准确诊断疾病,临床上通常需要给患者注射大剂量的CT造影剂。一个具有高灵敏性并且可以对CT成像进行补充的成像手段具有重要临床应用价值。光声(photoacoustic,PA)成像作为新兴的成像技术,已引起广泛关注。PA成像融合了光学和超声成像的优点,目前成像深度可达5cm以上,具有高空间分辨率(<1 mm)和高灵敏性的特点。CT与PA成像的结合是一种理想的双模态成像模式,它可以实现分子功能成像和组织功能成像的完美统一。CT/PA双模态造影剂的研究具有重要临床应用价值。目前,可用于CT/PA双模态成像的纳米对比剂大多为复合纳米粒子,主要有Pd@Au纳米片、Au@PB纳米粒子、WS2纳米片和Ta Ox@PPy纳米粒子。这些纳米材料的合成过程较为复杂或具有一定的生物毒性,导致临床应用价值比较有限。因此通过简单的合成策略制备可用于CT/PA成像的造影剂具有重要应用价值。PA成像具有超高灵敏性,可在细胞器或分子水平进行成像,因此肝脏CT/PA双模态成像可能为临床肝脏肿瘤的诊断或肝脏代谢性疾病的评估提供重要信息。此外,纳米粒子在肝脏的代谢和在不同器官内的分布是纳米粒子生物应用时必须要考虑的重要因素,目前主要通过通过电感耦合等离子波谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)对其进行定量化检测。但是这种检测方法是侵袭性的,需要将组织器官取出后进行分析,且操作过程比较复杂。PA成像在示踪纳米纳米粒子代谢和分布上表现出潜在的应用价值,部分研究通过PA显微镜(photoacoustic microscopy,PAM)对体外器官进行截面成像。基于上述,我们合成了可用于CT/PA双模态成像的纳米造影剂—BSA包裹的金纳米星(BSA-capped Au NSs,BSA-Au NSs)并对其进行表征,研究了其CT和PA对比增强特性、生物毒性、生物分布及其在肝脏的代谢特点,并将其用于肿瘤PA成像研究中。此外,我们还探索了PACT用于示踪纳米粒子肝脏代谢和器官分布的可行性。我们通过简单的金种子生长方法制备了BSA-Au NSs。在表征过程中,我们通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)和动态光散射(dynamic light scattering,DLS)观测了纳米粒子的形态和粒径分布,通过测定傅里叶转换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)证明了BSA存在于纳米粒子的表面,并使用分光光度计检测了UV-vis-NIR吸收波谱。在体外成像实验中,我们比较了BSA-Au NSs和碘海醇的X线衰减特性以及BSA-Au NSs和小分子PA造影剂亚甲蓝(methylene blue,MB)的PA对比增强特性。在动物成像研究中,我们通过CT动态增强扫描观测了纳米粒子在小鼠体内的分布和代谢特点。接下来的PA成像部分,考虑到纳米粒子在肝脏高浓度聚集的特性,我们选择对小鼠肝脏进行动态成像,同时还通过PA体外器官成像探索给药1 h后纳米粒子在不同组织器官内的分布情况。此外,我们还使用ICP-MS定量化检测给药2 h和24 h后不同组织器官内纳米粒子的含量,通过病理切片评估了BSA-Au NSs的体内生物学毒性。最后,我们建立了小鼠乳腺癌模型,将BSA-Au NSs用于肿瘤PA成像研究。结果如下:1.TEM和DLS结果表明BSA-AuNSs呈星状结构,大小比较均匀,平均粒径为85 nm。FTIR结果表明BSA存在于纳米粒子表面。UV-vis-NIR吸收波谱表明BSA-Au NSs的SPR峰位于770 nm近红外区,适合PA成像应用。细胞毒性实验结果显示最大给药浓度(1m M)条件下未见明显细胞毒性,说明BSA-Au NSs具有良好的生物相容性,适合活体内成像研究。2.相同摩尔浓度(Au或碘)条件下,BSA-Au NSs的X线衰减强度约为欧乃派克的1.34倍。相同质量浓度条件下,BSA-Au NSs(770 nm)的PA信号强度约为MB(700 nm)的5.8倍。3.小鼠CT成像:经尾静脉注射BSA-Au NSs后,小鼠肝脏明显强化,且对比增强效果持续2 h以上。24 h后,肝脏CT值接近初始值,肠道内造影剂含量明显增加,说明BSA-Au NSs可随胆汁排泄出体外。对照组碘海醇经尾静脉注射到体内后快速经肾脏排出体外。4.小鼠肝脏PA成像:给药前仅可见粗大的腹壁血管和肋间血管。给药后可见更多远端毛细血管,血管增强效果持续2 h以上。给药后肝脏轮廓清晰可见,且具有非常高的PA信号强度;2 h后肝脏信号强度下降,同15 min相比下降了41%,24 h后几乎不可见。对照组小鼠经尾静脉注射MB后,肝脏呈轻微短暂强化。5.体外器官PA成像结果显示给药组PA信号明显高于对照组,且造影剂主要在肝、脾聚集。6.ICP-MS结果提示BSA-Au NSs主要聚集在肝脏和脾脏,24 h后肝脏及其他组织器官的Au含量都明显下降。7.病理结果未见明显细胞损伤。8.肿瘤PA增强图像提示给药后BSA-Au NSs在肿瘤组织逐渐聚集。结论:我们通过简单的金种子生长方法制备了CT/PA双模态造影剂BSA-Au NSs,并对其进行了详细的表征分析。细胞毒性实验和病理组织学结果表明BSA-Au NSs具有很好的生物相容性。动态增强图像和生物分布结果初步明确了BSA-Au NSs在正常小鼠体内的分布和代谢情况,同传统CT造影剂和小分子PA对比剂MB相比BSA-Au NSs具有明显的成像优势。BSA-Au NSs在CT/PA双模态成像研究中具有广阔的应用前景。此外,BSA-Au NSs具有被动靶向成像肿瘤和易修饰的特性,因此适用于肿瘤靶向探针的研发,这为我们接下来的研究打下良好基础。我们通过PACT观测了纳米粒子在肝脏的代谢和不同组织器官内的分布情况,并给予半定量化分析,这为非侵袭性示踪药物代谢提供了新思路与新方法。