在生理环境中高效原位的材料自组装具有独特的生物效应，其中重要的材料评价和优化的参数是材料的体内组装效率。然而，在复杂生理环境中，定量自组装效率的方法建立，极具挑战，目前尚无相关报道。针对定量化材料的体内组装效率这一难题，国家纳米科学中心李莉莉研究员团队发展了基于核磁成像技术的高灵敏、定量计算纳米组装体在体内的组装效率的新方法。该工作以“Quantitative Detection of In Vivo Aggregation Degree for Enhanced M2 Macrophage MR Imaging”为题发表在Nano letters期刊上。

       本工作基于叶绿素衍生物设计了一种酶响应性多肽分子探针。该分子探针的工作原理如下：首先，甘露糖部分为靶向部分，通过M2巨噬细胞表面甘露糖受体进行靶向，并介导分子内化；其次，多肽序列具有组织蛋白酶B的酶切位点，实现高效的酶响应剪切；最后，螯合了顺磁造影剂Mn²⁺的叶绿素衍生物部分为组装部分，在酶切后诱导形成J-型分子堆积。研究团队前期基于叶绿素衍生物进行了大量的可激活体内组装（bioactivated in vivo assembly，BIVA）分子探针设计，并有效调控了叶绿素分子在体内的堆积模式和组装结构（Materials Today 2021, 45, 77-92； Nano Lett 2018, 18(10), 6229-6236；Adv Mater 2016, 28(2), 254-62）。基于具有可激活体内组装（bioactivated in vivo assembly，BIVA）特点的多肽分子探针，通过酶剪切前后，多肽分子探针从单体状态到组装体状态下的转变，导致核磁共振分子弛豫率（T₁和T₂）变化，定量表征纳米组装体体内聚集度，最终实现体内组装效率的定量检测。该成像方法具有高灵敏度的特点，其最低检测限为10^-4 M。经多肽分子探针的核磁成像表征，可优化得到高效自组装材料，其在细胞内的组装效率可达71.2%，在动物体内组装效率可达55.6%。该多肽分子探针不仅有效增强核磁共振T₁信号，还有效延长了检测时间窗口，是一种安全有效的增强核磁成像造影剂。

       国家纳米科学中心联合培养硕士生罗禄军和刘秀梅为该文章共同第一作者，国家纳米科学中心李莉莉研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助支持。

       论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04711

图. 分子设计，核磁共振成像测定体纳米组装体内组装效率，并增强核磁共振体内成像窗口