【摘要】 传统上，光声信号被分为两类:有机染料和纳米颗粒

随着20世纪90年代分子科学和成像技术的快速发展，分子成像逐渐引起了生物医学专业人士的兴趣[1]。进入新世纪后，美国国立卫生研究院(NIH)和美国国家癌症研究所等机构发布了一系列项目公告，并对分子成像投入了大量资源。2005年，北美放射学会和核医学与分子成像学会将分子成像定义为“监测和记录用于生化、生物学、诊断和治疗应用的分子或细胞过程的时空分布的分子成像技术。

 

Mankoff进一步将分子成像的定义细化为“对生物的观察、表征和量化人类和其他生物的分子和细胞水平的过程。”在世界分子成像协会成立，首届世界分子成像大会在法国尼斯召开，将分子成像带到了研究人员的最前沿。

 

图1. 用于光声成像实现的分子试剂[1]

 

传统上，光声信号被分为两类:有机染料和纳米颗粒(图1)。小分子有机染料由于其荧光特性，最初被用于荧光成像，一些具有长共轭双键或环状结构的有机染料由于能够平衡荧光和非辐射弛豫，实现较低的量子产率而被引入光声成像领域。在光声成像中，七甲基菁染料是一类以吲哚菁绿(ICG)为代表的小分子有机染料。ICG是美国食品和药物管理局(FDA)批准临床使用的第一个小分子有机染料。

 

通常用于血流成像，其吸收峰为780 nm。偶氮染料亚甲基蓝(MB)是另一种广泛应用于临床的有机染料，其吸收峰位于664nm处。角鲨烷(SQ)是近年来被广泛研究的一种有机染料。基团修饰角鲨烷不仅可溶于水，而且在近红外窗口中表现出特征吸收峰。小分子有机染料具有生物相容性，容易从体内排出，但游离的小分子有机染料存在明显的缺点，如水溶性差、光稳定性差、靶向性差、不可控聚集等。为了改善体内分布和表面修饰，它们通常需要附着蛋白质、磷脂或纳米载体。乳酸、氢离子和二氧化碳在pH值为6.5 - 6.8的肿瘤微环境中积累，是肿瘤代谢的结果，主要是糖酵解。

 

利用这一特性，研究人员设计了pH响应光声造影剂，可以对体内肿瘤的酸性微环境进行成像。例如，利用牛血清白蛋白(BSA)羧基与聚苯胺亚胺部分之间的分子间酸碱反应引起的自掺杂效应，制备了一种基于聚苯胺的pH响应造影剂。它在相对较低的酸度(pH < 7)下介导EB态向ES态的转变，从而放大光声信号和对肿瘤的光热效应(图2)。

 

图2. 肿瘤ph响应性牛血清白蛋白(BSA)-聚苯胺(PANI)组合物[1]

 

[1] ZHENG Y W, LIU M Y, JIANG L X. Progress of photoacoustic imaging combined with targeted photoacoustic contrast agents in tumor molecular imaging [J]. Frontiers in Chemistry, 2022, 10.

 

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