福州大学杨黄浩和宋继彬课题组：通过纳米MOFs硫化反应实现活体原位结肠癌的比率式光声成像

福州大学杨黄浩教授和宋继彬教授课题组制备了一种纳米级铜基MOFs，通过其与内源性硫化氢（与结肠癌的发生发展高度相关）的硫化反应，实现了对活体原位结肠癌的比率式光声成像。

为了满足日益增长的医学成像需求，除研制先进的成像技术和仪器外，对成像探针的合成探索也一直是研究的前沿。就目前光声成像（Photoacoustic Imaging）技术来说，大多数成像信号来自于正常与病灶组织之间的探针蓄积浓度差异，存在成像对比度低、特异性差等不足。发展能够随着生理或病理环境改变而发生比率式信号变化的比率型探针，是增强成像对比度、降低背景噪音的有效途径。

近年来，纳米级金属有机骨架材料（nano MOFs）作为一类重要的多孔材料，在纳米医学领域表现出巨大的潜力。MOFs具有丰富的中心金属离子和有机配体，其均可用作制备比率型探针的活性位点，并且通过具有近红外（NIR）光吸收特性有机配体或金属离子的引入，进而可构建具有NIR光区成像能力的比率型探针。此外，比起普通的有机/无机纳米粒子，高比表面积和孔隙率的nano MOFs拥有更加快速的化学动力学过程，从而促进分子靶标的实时成像。综上所述，nano MOFs具有无限的潜力，可直接作为一种新型的比率型光声探针。

最近，福州大学杨黄浩教授和宋继彬教授课题组制备了一种纳米级铜基MOFs，通过其与内源性硫化氢（与结肠癌的发生发展高度相关）的硫化反应，实现了对活体原位结肠癌的比率式光声成像（图1）。体外硫化反应实验表明，铜基MOFs与硫氢化钠能够快速发生反应，并生成尺寸大小与MOFs相近的硫化铜纳米晶体。由于反应前后两种纳米颗粒的带隙不同以及硫化铜的局部表面等离子体共振特性，使得反应溶液在NIR-I光区的吸收强度大大减低，同时在NIR-II光区的吸收能力显著增强。同时，该硫化反应对pH和各种硫醇类化合物表现出良好的抗干扰能力。

图1 纳米Cu-MOFs的制备流程以及活体原位结肠癌比率式光声成像示意图

由于所制备的铜基MOFs在NIR光区具有优异的比率式光声成像能力，他们将其进一步用于原位结肠癌的成像分析。原位结肠癌成像实验表明了该铜基MOFs能够与肿瘤区域的内源性硫化氢发生反应，产生的比率式光声成像信号可以快速反映肿瘤区域内硫化氢的水平。这项研究证实了纳米铜基MOFs用于内源性硫化氢比率式光声成像的可行性，为探索与硫化氢相关的体内疾病发生提供了新型的诊断方法。

该成果以“Activatable Nanoscale Metal-Organic Framework for Ratiometric Photoacoustic Imaging of Hydrogen Sulfide and Orthotopic Colorectal Cancer in Vivo”为题，即将发表于Science China Chemistry第9期（doi:10.1007/s11426-020-9775-y）。

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作者简介

宋继彬，福州大学特聘教授、博士生导师。入选国家第十四批“海外高层次人才引进计划”及福建省“闽江学者特聘教授”等人才项目。2014年博士毕业于新加坡南洋理工大学，之后在美国国立卫生研究院（NIH）从事博士后研究，方向为生物医学成像分析。目前课题组主要研究方向为：光学探针、生物分析、活体成像、药物载体等。现主持国家自然科学基金委面上基金、特聘教授启动基金等项目。迄今已以第一/通讯作者发表论文50余篇。

杨黄浩，福州大学教授、博士生导师。2011年获国家杰出青年科学基金，2013年入选教育部长江学者特聘教授，2014年入选国家万人计划，2014年入选英国皇家化学会会士，2015年入选全国先进工作者，2015年入选全国青联委员。曾任福州大学化学学院副院长、福州大学生物科学与工程学院院长，现任福州大学副校长、教育部重点实验室主任、福建省工程研究中心主任。在科学研究方面，围绕分析化学、纳米医学、生物医学工程等领域进行了较为深入的研究，在方法学和实际应用方面取得了系统性的创新研究成果。已主持国家973计划课题1项、国家863计划课题2项、国家重大科学仪器设备开发专项课题1项、国家自然科学基金重点项目2项。已发表学术论文150余篇，总引用次数超过17000次（H因子=68），单篇论文最高被引用2000余次。