精密測量院成功開發(fā)19F MRI “分子無人機(jī)”

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，精密測量院研究團(tuán)隊(duì)在開發(fā)19F MRI “分子無人機(jī)”方面取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一類具有“水母”形態(tài)的氟化功能大分子，并將其作為“分子無人機(jī)”，在氟-19磁共振成像(19F MRI)和熒光成像的引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的藥物遞送、實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)告、腫瘤檢測與靶向治療等應(yīng)用(圖1)，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜分子機(jī)器的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國際知名期刊《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。
 

“水母”形態(tài)雙親性氟化大分子無人機(jī)的結(jié)構(gòu)及其在癌癥診斷與治療中的應(yīng)用
 

　　正如機(jī)械無人機(jī)促進(jìn)了現(xiàn)實(shí)世界中運(yùn)輸、監(jiān)測和戰(zhàn)斗等領(lǐng)域的革新，分子水平的無人機(jī)有望成為Ehrlich博士(1908年獲諾貝爾獎(jiǎng))等科學(xué)家百年來所追求的“Magic Bullet”，為實(shí)現(xiàn)重大疾病的準(zhǔn)確診斷、靶向給藥和個(gè)性化治療帶來新契機(jī)。分子無人機(jī)不僅需要具備裝載和釋放、實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)告、定位和導(dǎo)航等無人機(jī)基本能力，還需具有結(jié)構(gòu)精確的特性和調(diào)控精準(zhǔn)的功能。然而，現(xiàn)有分子無人機(jī)多存在成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多分散和功能精準(zhǔn)調(diào)控困難等問題。
 

　　針對這些問題，精密測量院研究團(tuán)隊(duì)通過精巧設(shè)計(jì)，高效合成了一類具有“水母”形態(tài)的雙親性氟化大分子FMA分子無人機(jī)。該類分子以四苯乙烯為母核、以部分氟化烷基為藥物抓取臂、以單分散聚乙二醇為水溶性和生物相容性“螺旋槳”，通過調(diào)控分子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對磁共振、熒光、藥物控釋等多種功能的精準(zhǔn)調(diào)控(圖2)。該類分子具有獨(dú)特的自聚集模式，即在低濃度下可形成單分子納米顆粒，而在高濃度下則形成多分子納米顆粒，這一特性使其能夠有效負(fù)載藥物分子并實(shí)時(shí)報(bào)告藥物負(fù)載狀態(tài)。同時(shí)，通過“熱點(diǎn)”19F MRI追蹤和無人機(jī)定位，可實(shí)現(xiàn)溫度和酸堿度響應(yīng)的藥物釋放。更重要的是，該類分子無人機(jī)引入了具有響應(yīng)性熒光的四苯乙烯基團(tuán)和具有強(qiáng)烈19F NMR信號的全氟叔丁基基團(tuán)，利用近程光學(xué)成像系統(tǒng)和19F MRI有效模擬無人機(jī)中的短距離視覺和遠(yuǎn)程無線電信號，實(shí)現(xiàn)了分子無人機(jī)從細(xì)胞到活體多尺度的狀態(tài)報(bào)告、定位和追蹤等功能。
 

　　FMA 2的熒光-19F MRI體內(nèi)可視化狀態(tài)報(bào)告 (a-c)、體外藥物釋放行為實(shí)時(shí)監(jiān)測 (d) 和治療效果 (e)
 

　　該研究成果以“Fluorinated Macromolecular Amphiphiles as Prototypic Molecular Drones”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《美國國家科學(xué)院院刊》上。精密測量院碩士生鄭郁潔、博士后朱立軍和碩士生柯常勝為文章共同第一作者，研究員江中興和陳世楨為通訊作者。
 

　　該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中國科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。