实时监测肾功能损害，开发NAG激活的NIR-II荧光纳米探针 | 前沿用户报道

2022-01-23 18:02:51, 318张博洋 HORIBA（中国）

大家好，今天给大家分享一篇利用近红外二区 (NIR-II) 荧光纳米探针 (BOD-II-NAG-NP)，用于监测药物诱导的 AKI 的进展和在糖尿病引起的 CKD 的体内成像。本文的通讯作者是复旦大学古险峰教授（主要从事药物化学，化学生物学等研究）和郭薇教授（主要从事药物化学的研究）。

N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）因其作为肾损伤发展的敏感和特异性生物标志物的临床意义而受到广泛关注。在本文中作者开发了一种在 NIR-II 区域发射的 NAG 可激活荧光纳米探针 (BOD-II-NAG-NP)，用于检测肾功能损害。首先通过自消除接头将 N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖残基结合到基于硼二吡咯亚甲基 (BODIPY) 的 NIR 荧光团中，从而设计了一种小分子荧光探针。作者试图通过亚乙烯基单元用苯并噻唑延长 BODIPY 核心 3 位的π-共轭，以提供具有 NIR-II 荧光响应性的探针。BOD-II-NAG 在 NIR-II 区域（约 1000 nm）对缓冲溶液中的 NAG 显示出显着的开启荧光响应。为了提高探针在体内检测过程中的水溶性，将 BOD-II-NAG 进一步结合到聚合物基质 mPEG-DSPE 中以提供水分散性纳米探针 (BOD-II-NAG-NP)。BOD-II-NAG-NP 在顺铂诱导的肾损伤小鼠模型（药物诱导AKI 模型）具有更高的灵敏度、更快的响应性和更低的组织自发荧光干扰。

作者通过以下路线合成目标化合物：

如图所示，BOD-I-NAG 在480 nm 处显示出本征吸收峰。加入NAG后，BOD-I-NAG在480 nm处的吸收峰降低，在680 nm处出现新的吸收带，在200 nm处出现明显的红移。在730 nm 处观察到显着的开启荧光信号。

作者专门将探针的吸电子单元从丙二腈微调为 3-乙基-2-甲基苯并噻唑-3-碘化物，并开发了 NIR-II 荧光探针 (BOD-II-NAG）。BOD-II-NAG 与 NAG的反应在 710 nm 处产生 NIR-I 吸收，伴随着 490 nm 处的吸收减少。在 1000 nm 处观察到显着的 NIR-II 荧光增强。

基于所确定的探针的光学性质和传感选择性，作者推断 NAG 可以催化探针中 N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖残基的水解，然后进行 1,6-消除反应以释放基于 BODIPY荧光团。

为了提高 BOD-I-NAG 和 BOD-II-NAG 的生物相容性，将探针封装到两亲共聚物 mPEG-DSPE 的核心中，并制备了水分散性纳米探针（BOD- I-NAG-NP 和 BOD-II-NAG-NP)。通过动态光散射和透射电子显微镜，粒径在 5 到 8 nm 之间的纳米粒子可以通过肾小球滤过屏障，到达健康状态的肾小管上皮细胞。

将小鼠随机分为三组，包括对照组、AKI 组和 NAG 抑制剂组。AKI 组用顺铂治疗，而对照组用生理盐水治疗。在顺铂治疗后 16 小时，肾脏中 BOD-I-NAG-NP 的 NIR-I 信号接近背景。BOD-II-NAG-NP 在用顺铂处理后 16 小时在肾脏中显示出明显明亮的 NIR-II 信号，在注射 BOD-II-NAG 后 5 分钟达到最大值，然后随时间减少。此外，BOD-II-NAG-NP荧光成像显示出更清晰、更好的空间分辨率，NIR-II荧光信号主要在AKI小鼠肾脏区域观察到。

小鼠切除器官的离体近红外荧光(NIRF)成像显示，肾脏在顺铂治疗后 16 小时、24 小时和 48 小时的荧光信号。除了肝脏之外，BOD-II-NAG-NP 主要在肾脏中积累，而除了肾脏和肝脏之外，BOD-I-NAG-NP 在肺中也有显着积累。NAG 抑制剂组用顺铂治疗，与 AKI 组一样然后是在施用纳米探针前30分钟注射NAG抑制剂NGT（NAG-噻唑啉）。结果表明，由纳米探针引起的 NIR-I 和 NIR-II 荧光信号被 NGT 有效抑制，表明 BOD-I-NAG-NP 和 BOD-II-NAG-NP 可以作为体内 NAG 的可靠传感器。

作者还将体内成像数据与几种现有的检测方法进行了比较，包括 sCr、BUN 和胱抑素 C血液中的测量以及尿液中的 NGAL、KIM-1 和 NAG 测量。小鼠接受顺铂治疗 72 小时后，sCr、BUN 和胱抑素 C 水平才显着增加。药物诱导的 AKI 中 NIR-II 成像的最早具有统计学意义的荧光增强出现在顺铂治疗后 16 小时。所有这些结果表明BOD-II-NAG-NP是一种潜在的工具用于早期诊断体内 AKI。

作者还探索了纳米探针在糖尿病肾病（CKD 模型）的实时 NIR-I 和 NIR-II 荧光成像中的应用。在接受高脂饮食的第四周，小鼠腹腔内注射链脲佐菌素以引起高血糖。糖尿病肾病小鼠接受静脉注射治疗。注射纳米探针，然后实时成像 1 小时。

如图所示，在注射 BOD-I-NAG-NP 或 BOD-II-NAG-NP 后 30 分钟可以观察到 NIR-I 和 NIR-II 荧光信号。BOD-II-NAG-NP产生的NIR-II荧光信号比BOD-I-NAG-NP产生的NIR-I荧光信号更加明显和清晰。BOD-II-NAG-NP产生的NIR-II荧光信号具有穿透深、组织自发荧光干扰小等优点，因此更适合用于糖尿病肾病的成像。此外，PAS 染色显示糖尿病肾病中近端肾小管上皮细胞中的空泡形成和糖原沉积，与实时荧光成像的结果一致。所有这些结果表明，通过 BOD-II-NAG-NP 对 NAG 进行体内成像可能是精确诊断 CKD 的潜在方法。

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文献信息

英文原文标题：

Real-Time Monitoring Renal Impairment Due to Drug-Induced AKI and Diabetes-Caused CKD Using an NAG-Activatable NIR-II Nanoprobe

发表期刊：

Anal. Chem.

文章署名作者：

Jiahui Tan, Kai Yin, Zhirong Ouyang, Rongchen Wang, Hongming Pan, Zhijun Wang, Chuchang Zhao, Wei Guo*, and Xianfeng Gu*

原文引用：

DOI: 10.1021/acs.analchem.1c03926

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