纳米探针：用于成像、显微镜和生物检测的纳米粒子技术

VivoVist™ 显微CT造影剂

• VivoVist™ 提供的对比度比竞争性商用显微 CT 造影剂高约 3-4 倍

• 长达 14 小时的血液半衰期。能够延长成像时间并延长扩散到肿瘤和其他感兴趣特征的时间

• 价格低——实惠的大鼠成像！在 250 g 大鼠中，少于两个小瓶即可提供良好的对比度。

• 低毒性（4 g/kg 耐受性良好）。在精细结构中产生超高对比度，加速肿瘤负荷

• 低渗透压，即使在高浓度下– 最小的代谢干扰

• 低粘度：易于注入小鼠尾静脉小血管

• 显微 CT、临床 CT、平面 X 射线或乳腺 X 射线照相装置的图像– 可灵活用于任何所需的仪器配置

• 增强放射治疗——对肿瘤和其他目标更高的 X 射线剂量

VivoVist™是Nanoprobes的革命性新型X射线造影剂。它能够以更低的价格实现比竞争药物更高的对比度，使大鼠或其他大型动物的成像负担得起。

特点和优势

• VivoVist™ 提供大约 3-4 倍的对比度 比竞争的商用显微CT造影剂。初始血液浓度为 50 mg/mL （5%） 或 1 g/kg 体重（25 g 小鼠为一瓶的三分之一）的对比度大于 3500 HU（Hounsfeld 单位）。

• 血液半衰期长，达14小时。 VivoVist™在循环系统中停留的时间比竞争产品更长。这样可以延长成像时间和数据收集，并允许更长的扩散到肿瘤和其他感兴趣的特征中，从而增加它们的对比度。

• 低的价格 – 使成像大鼠和大型动物负担得起。 VivoVist™比竞争产品更集中，这意味着成像大型动物所需的单位更少。少于两个小瓶将在250g大鼠中提供良好的对比度。

• 低毒性（4 g/kg 耐受性良好）。 VivoVist™可以以比竞争产品更高的剂量施用，以在精细结构中产生超高浓度或加速肿瘤或其他感兴趣的特征的负荷。

• 低渗透压，即使在高浓度下也是如此。 这意味着注射VivoVist™不会大大改变循环系统中电解质的水平。对新陈代谢、信号传导和其他依赖于保持稳定离子强度的过程的影响被最小化。

• 低粘度： 易于注射到小鼠尾静脉小血管中（典型注射量0.25 mL）。VivoVist™更容易注射，对动物造成的注射部位创伤较小，并且可以比更粘稠的造影剂如碘类试剂更快和更高浓度施用。

• 可使用显微 CT、临床 CT、平面 X 射线或乳腺 X 线摄影装置进行成像。 VivoVist™适用于任何常用的计算机断层扫描系统，使用户能够灵活地在任何所需的仪器配置中进行成像。

• 增强对肿瘤和其他靶标的放射治疗X射线剂量。 因为它吸收X射线的强度如此之强，VivoVist™增加了局部X射线剂量。如果它集中在肿瘤或其他治疗靶点，它可以提供一种增强放疗和提高癌症治疗疗效的方法。

荧光叠氮化物探针详细介绍

用荧光叠氮化物探针通过CuAAC可视化炔烃标记的生物分子的一个主要缺点反应是需要去除未反应的荧光探针。当对细胞内环境、活体组织成像或对体内生物分子进行可视化时，这尤其成问题。去除所有未反应的荧光探针的困难也是背景信号和非特异性结合的主要原因之一。

为了克服这一缺点，Carolyn Bertozzi小组设计了荧光叠氮化物探针，通过铜催化或无金属点击化学。这些叠氮化物探针在与炔烃反应之前不具有荧光性。已终止在CalFluor中，这些探针具有从绿色到远红色波长的发射最大值，并且能够实现灵敏无洗涤条件下的生物分子检测。许多报告表明，CalFluor探针是用于敏感可视化细胞中代谢标记分子（聚糖、DNA、RNA和蛋白质）的工具，正在开发在不洗涤的条件下将动物脑组织切片、斑马鱼和小鼠脑组织切片。

下一代叠氮化物探针详细介绍

铜螯合配体设计的最新进展，例如作为稳定Cu(I)氧化态的THPTA或BTTAA水溶液，提高铜催化的动力学叠氮–炔环加成(CuAAC)反应和大大提高炔烃检测的灵敏度。铜螯合
配体也显示出增加生物相容性CuAAC反应通过防止铜离子引起生物损害1。改进CuAAC的下一步反应是发展铜螯合叠氮化合物作为更多反应底物。因为据推测叠氮化铜缔合是CuAAC催化过程中的限速步骤环2，在叠氮化物上引入铜螯合部分报告分子可以显著提高有效的Cu(I)在反应部位的浓度，增强最弱环节中的反应速率加速(图2)。一直都是提出螯合叠氮化物的高反应性来自铜–叠氮基的快速相互作用发生在形成乙炔化铜，这导致去质子化炔烃在决定速率的步骤3。这一概念被成功地用于使用吡啶基进行CuAAC反应
铜螯合叠氮化物(吡啶甲基叠氮化物)作为基质4-6。然而，吡啶甲基叠氮分子的铜螯合基序不是wan全，需要铜螯合剂(例如THPTA)的存在以实现CuAAC动力学的显著改善反应3，4。为了提高CuAAC反应在复杂介质中的性能，Click Chemistry Tools开发了新的螯合在其结构中具有完整铜螯合系统的叠氮化物，称为“叠氮化物Plus”(图3)。这些叠氮化物能够形成强的活性铜络合物，因此被认为是CuAAC反应中的反应物和催化剂。使用这些叠氮化物的类型，CuAAC反应成为双分子反应，并显示出比CuAAC快得多的动力学用常规叠氮化物进行的反应。

使用琼脂糖–炔烃树脂标记进行CuAAC反应的比较动力学测量(图4)实验(3.0毫米硫酸铜有(6.0 mM)或没有THPTA配体)使用Cy5叠氮化物Plus、Cy5吡啶甲基叠氮化物和Cy5双三唑叠氮化物–迄今为止报道的最快的铜螯合叠氮化物7。正如所料，吡啶甲基叠氮化物含有不wan全的铜螯合基序表现出相对较慢的反应性，特别是在没有THPTA存在的情况下。动力学数据显示完成铜螯合部分大大增强了反应性，并且重要的是不需要铜螯合部分的存在配体。有趣的是，由Click Chemistry Tools开发的铜螯合叠氮化物在CuAAC反应与迄今为止报道的具活性的铜螯合叠氮化物的比较，双三唑叠氮化物。

新的铜螯合叠氮化物可以形成叠氮化物–铜络合物，该络合物几乎立即与炔烃反应在稀释条件下。CuAAC反应中这种反应性对低丰度的检测具有特殊价值靶点，提高生物相容性，以及高度期望大大提高S/N比的任何其他应用。

Click Chemistry Tools提供了一系列荧光叠氮化物Plus探针，包括AFDyes、Cy Dyes和经典共轭染料至叠氮化物基团。我们的AFDyes的光物理性质与Alexa Fluor®染料可以匹配。叠氮化物加部分的特殊反应性、AF染料的生物相容性和亮度使这些探针具有特殊的价值。不仅用于低丰度目标的检测，而且用于增加S/N比具有巨大价值的所有其他应用。

纳米探针资讯

用磁性纳米粒子治愈癌症

Nanomedicine ：
Nanoprobes 的科学家们正在用磁性纳米粒子治疗小鼠的癌症，经过一次三分钟的治疗。

他们的结果刚刚发表在国际纳米医学杂志上。

他们工作背后的概念看似简单。当铁粒子被放入交变磁场中时，它会来回旋转并产生大量热量。如果许多铁颗粒被输送到肿瘤上，你实际上可以煮熟癌症；热疗或癌症热疗就是基于此原理。

理论是可靠的，但科学是棘手的。多年来，世界各地的研究人员一直试图让它发挥作用，但没有真正成功。尽管如此，这个想法还是不错的，2007 年，Nanoprobes, Inc. 的一位科学家决定看看他是否能解决这个问题。

James F. Hainfeld 博士是一位资深科学家，他的世界桥接生物学、物理学和化学。尽管他谦虚地对冲，但他实际上是纳米粒子的原始之父之一，在 1970 年代在布鲁克海文国家实验室的电子显微镜下设计了一些最早的纳米粒子。现在在他自己的实验室里，强烈的凝视掩盖了他轻松的笑容。他正在寻求治愈癌症。“没有人应该听到，'我们无能为力，'”他说。

海恩菲尔德博士可以看出这里的一个主要问题是磁加热所需的铁量。复合维生素中的一点是有帮助的，但癌症治疗所需的量是有毒的。

为了限制全身暴露，研究人员曾尝试将铁颗粒直接注射到肿瘤中。但即使是仔细的绘图和多个注射点也会错过一些区域，癌症总会复发。一个德国研究小组甚至在人身上尝试过这种方法，但不幸的是，他们遇到了同样的困难。

当海恩菲尔德博士研究这些问题时，他在纳米粒子工程方面的长期经验帮助他重新定义了这个问题。他们不仅需要更好的注入铁的方法；他们需要改变铁粒子本身。如果它可以制成无毒的，以某种方式与身体隔离，他们就可以摆脱直接注射的局限性。

在 Nanoprobes 实验室，Hainfeld 博士邀请了一位名叫Hui Huang的年轻天才学生加入他的行列。刚从中国来的过去，他勤劳的家人希望他加入他们的餐饮业；然而，黄对科学充满了向往。

学生和资深科学家将在该项目上花费六年时间，顽强地追逐他们的铁纳米粒子。几年后，当黄自己解决了生物相容性问题时，纳米粒子合成和顽强的、开箱即用的思维方式的密集学徒期将开花结果。

这对夫妇可以看到他们的进步，但这个想法对于通常的资助机构来说似乎是一个失败的原因，他们的资助申请不断被拒绝。微薄的支持只能来自实验室向其他科学家少量销售可用于研究的纳米粒子。

在他们工作的过程中，两人讨论了向肿瘤输送的可能方法。癌症的一个自然特性对他们来说很突出：增强的渗透性和保留性，或 EPR。

由于肿瘤正在生长，它们会要求身体在它们内部和周围产生大量新血管。事实证明，新血管是渗漏的。它们允许一定大小的任何东西从血液中通过，并积聚在肿瘤中。另一方面，健康组织具有成熟的血管，因此这种大小的颗粒只会流过。

解决方案的很大一部分就在眼前：如果他们正确地确定了粒子的大小，那么简单地注射到血液中就会让他们的粒子找到自己的方式进入癌组织，无论它在体内的任何位置。即使是转移性癌症也会成为目标。

当他们的纳米粒子最终准备好进行测试时，它的尺寸很好，具有铁芯，具有生物相容性外壳，具有长聚合物链以使其远离肝脏和血液。铁的中心仍然可以旋转并在磁场中产生热量，但它的外套将铁安全地密封在远离身体的地方。

在简单地注射入血液后，他们的试验动物保持健康；他们已经避开了可怕的铁毒性。正如他们所希望的那样，肿瘤积累了高水平的颗粒，其浓度是邻近健康组织的 16 倍。他们现在在肿瘤内有必要数量的铁，以便磁加热起作用。

最后一步是将他们的测试动物置于快速交变的磁场中。他们用红外热像仪测量温度，看到富含铁的肿瘤迅速上升到致命的温度，而周围的健康组织则保持凉爽且没有受到伤害。

经过三分钟的单次治疗，肿瘤被*除去，精度比外科医生的刀还要精细。

肿瘤实际上在如此高的热量下液化，让身体迅速吸收中和的残留物。几天之内，这些动物就恢复了正常，并且能够在没有癌症的情况下度过余生。还有那些有毒的铁？纳米粒子非常稳定，分解缓慢；身体可以处理随时间释放的少量物质。

经过多次测试，Huang 和 Hainfeld 在小鼠身上实现了可靠的、实际恢复78-90%，这在癌症研究中是非常罕见的数字。他们的研究结果刚刚发表在《国际纳米医学杂志》上。

他们的成功对于联合疗法来说也是一个好消息，其中热疗法的预处理大大提高了化学疗法和放射疗法的功效。到目前为止，加热深层肿瘤一直很困难，但是磁加热非常适合，因为纳米颗粒可以将自己传递到身体的任何地方。

两人还对他们与康涅狄格大学健康中心的Henry Smilowitz 博士合作进行的体内脑癌初步结果充满热情。因为正常脑组织的血液过滤排除了更多的颗粒，所以它们在脑肿瘤的边缘达到了锐利的浓度比。在磁加热过程中，与手术或辐射的附带损伤相比，这种精确度将极大地保护健康的大脑物质。

对于海恩菲尔德博士和黄博士来说，接下来的步骤非常令人兴奋。他们的工作现已得到美国国立卫生研究院的认可，最近授予他们价值约一百万美元的实验室测试，为 FDA 批准做准备。“我们需要尽快把它带给病人，”黄说，他现在在医学院，很快就要亲自治疗病人了。Nanoprobes 目前正在为即将进行的临床试验组织资金。

“经过这么多年的努力，我倾向于保持谨慎，”海恩菲尔德博士说，“但我从未见过如此有希望的结果。我们充满希望。” 他微笑，然后回到他的工作：任务继续。

Nanoprobes, Inc. 是一家纳米粒子研究合作机构，致力于寻找癌症和其他疾病的治疗方法。作为HER2 乳腺癌检测的核心，我们的技术正在帮助拯救世界各地的生命。我们位于纽约州 Yaphank，资金来自研究资助和向科学界销售纳米粒子产品；所有利润都支持我们的研究。

在线阅读科学论文，免费提供（开放获取）：
静脉内磁性纳米粒子癌症热疗
Huang HS，Hainfeld JF。国际纳米医学杂志。