類風濕關節(jié)炎（RA）是一種隱匿的自身免疫性疾病，癥狀是對稱性疼痛、發(fā)紅和周圍關節(jié)腫脹，嚴重時出現(xiàn)永久性殘疾，但是其直接原因尚不清楚。對于常規(guī)成像技術，由于靈敏度低和組織穿透能力弱，很難獲得完整有效的RA信息。眾所周知，NIR-II（1000-1700 nm）光聲（PA）分子成像（PMI）是一種新興的無創(chuàng)診斷策略，在大成像深度下具有高信噪比（SNR）和靈敏度。但是，目前針對RA的NIR-II PMI仍然存在以下挑戰(zhàn)：
1）RA關節(jié)的組織環(huán)境更為復雜，需要更深的成像穿透力；
2）RA關節(jié)具有關節(jié)腔，需要生物相容性更好的材料，否則易導致更嚴重的關節(jié)損傷。
其中，有機共軛聚合物材料具有NIR-II吸收強、光穩(wěn)定性高和生物相容性好的優(yōu)勢，是一種有希望的材料。
【成果簡介】
基于此，南開大學的丁丹教授、中科院深圳先進技術研究院的劉成波副研究員和張鵬副研究員（共同通訊作者）等人報道了一種新型的NIR-II共軛聚合物納米探針（PNPs），該納米探針具有較強的光吸收性、高的光穩(wěn)定性和良好的生物相容性。將具有RA治療和靶向性功能的單克隆抗體（mAb）-托珠單抗（tocilizumab, TCZ）（獲得FDA批準）與PNPs進行偶聯(lián)，制備了TCZ-PNPs，進而可以同時對RA靶向、成像和治療。利用膠原誘導的關節(jié)炎（CIA）動物模型進行體內RA的診斷，同時結合設計定制的PA 3D層析成像儀器，發(fā)現(xiàn)NIR-II PA分子成像指導的RA治療，具有高靈敏度、高特異性和SNR。值得注意的是，經(jīng)過長時間治療后，使用具有大樣本量的TCZ-PNPs（40只小鼠）對RA的治療和NIR-II 3D PA監(jiān)測顯示出可顯著的抑制RA。此外，NIR-II PMI對RA小鼠的治療評估，與臨床微軟骨組織（micro-CT）和組織學分析是一致。總之，本文首次展示了使用NIR-II PMI同時進行診斷和治療RA的實例。
TCZ-PNPs的制備與簡單表征
作者合成了一個供體-受體（D-A）型共軛聚合物（PBDTBBT），并通過納米沉淀法利用兩親性共聚物（1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy-(polyethylene glycol)-2000] (DSPE-PEG2000) DSPE-PEG2000-COOH and DSPE-PEG2000）作為封裝劑制備了水溶性PBDTBBT納米顆粒（PNPs），接著將mAb TCZ與PNPs共價連接獲得了TCZ-PNPs。其中，對TCZ的負載率為29.2％。透射電子顯微鏡（TEM）測定發(fā)現(xiàn)TCZ-PNPs為均勻的球形，平均尺寸為190±5.6 nm。此外，TCZ-PNPs在1200 nm（NIR-II）處很強的吸收帶。
TCZ-PNPs的NIR-II PA性能
在1064 nm激光輻照下，所有測試濃度下TCZ-PNP的PA信號均高于800和1200 nm下的PA信號。在量化SNR后，在1064 nm下的PA圖像顯示了高達26.3 dB的SNR，分別比800和1200 nm高6.8和2.3倍。需注意，TCZ-PNPs的PA強度顯示出與其濃度呈線性關系，表明其可用于定量分析。在1064 nm下，TCZ-PNPs（12 μg/mL）能以6 mJ cm-2的熒光率清楚的看到其對相應的PA強度。在1064 nm照射4 min后，未觀察到PA信號的明顯變化，表明TCZ-PNPs具有出色的光穩(wěn)定性。此外，在連續(xù)激光照射（1064 nm）10 min后，TCZ-PNPs沒有明顯變化，表明其光穩(wěn)定性極佳。
TCZ-PNPs的NIR-II?PMI效果
作者利用NIR-II PMI在RA小鼠模型中評估TCZ-PNPs的體內靶向作用，將9只小鼠平均分為三組：對照組-正常-TCZ-PNPs組、RA模型-PNPs組和RA模型-TCZ-PNPs組。在三個組中，前爪均顯示出初始的低PA信號。但是，RA模型-TCZ-PNPs組的PA信號隨時間增強，在注射8 h后達到最大PA強度。需注意，在8 h后，RA的PA圖像顯示出更高的SNR（35.8 dB）。研究發(fā)現(xiàn)，NIR-II PA成像不僅可以獲取2D最大振幅投影（MAP）PA/超聲（US）圖像，而且還可以獲取層析成像圖像-深度分辨B掃描PA/US圖像。利用TCZ-PNPs進行3D成像可提供完整的高分辨率圖像，有助于準確的RA診斷。
TCZ-PNPs在體內對RA的療效
作者將20只患有RA的小鼠平均分成四組，每隔一天分別靜脈注射生理鹽水（200?μL）、TCZ（1 mg kg-1）、PNPs（3.5 mg kg-1）和和TCZ-PNPs（3.5 mg kg-1的PNPs）溶解在200?μL生理鹽水中，連續(xù)30 d。在MAP PA圖所示，正常小鼠在第27 d、第42 d和第57 d顯示出非常低的PA信號。但是，對于TCZ-PNPs治療的小鼠組，第27 d在前爪的關節(jié)區(qū)域觀察到了最初的高PA信號強度，但最終PA信號強度從1.05下降到0.02，接近正常小鼠組的水平，表明TCZ-PNPs對RA有不錯的治療效果。此外，治療后RA的癥狀消失，并且前爪的厚度恢復。因此，TCZ-PNPs的NIR-II PMI是一種軟骨成像和監(jiān)測炎癥的策略。但是，仍缺乏對炎癥細胞因子（白細胞介素-6、白細胞介素-1β等）和C-反應蛋白的生化分析。
正常組沒有明顯的PA信號，表明TCZ-PNPs在正常小鼠的爪中沒有積累。生理鹽水和PNPs組出現(xiàn)高PA信號，表明TCZ-PNPs大量積聚在關節(jié)中，RA加重。而TCZ組顯示相對較低的PA信號，但不能完全緩解炎癥。需注意，TCZ-PNPs組顯示出最小的PA信號，該水平接近正常組，表明RA被顯著抑制。對比正常對照組（1330 mg/cm3），生理鹽水處理組在micro-CT成像時，出現(xiàn)嚴重的骨侵蝕和低的骨礦物質密度（BMD，1021.3?mg/cm3）。TCZ和PNPs組的BMD分別為1093.6和1002.1 mg/cm3。而TCZ-PNPs組的BMD達到1265.2 mg/cm3，接近正常小鼠的水平。該結果表明TCZ-PNPs顯著抑制RA，并防止RA介導的骨侵蝕。總之，這些結果表明對比TCZ，TCZ-PNPs具有更高的RA治療效果，同時TCZ-PNPs具有輔助NIR-II PMI診斷和監(jiān)測RA治療的附加功能。
全文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202003399
