表面工程化生物制造气体囊泡用于神经胶质瘤多模态成像研究

针对神经胶质瘤诊断中血脑屏障穿透难题和单模态成像局限性，海南大学团队开发了GV@pCY5生物杂化材料。该材料通过聚乙烯亚胺(PEI)修饰气体囊泡(GV)并负载CY5染料，实现了荧光(FL)/超声(US)双模态成像，在皮下和原位胶质瘤模型中均显示出增强的成像对比度和血脑屏障穿透能力，为中枢神经系统疾病诊断提供了新型纳米平台。

　　

在神经肿瘤领域，胶质瘤作为最常见的原发性恶性脑肿瘤，占所有中枢神经系统恶性肿瘤的80%，年发病率达7/10万人。传统诊断技术面临双重困境：血脑屏障(BBB)严重阻碍造影剂递送，而单模态成像往往难以提供足够的诊断信息。尽管荧光(FL)和超声(US)成像在深部组织穿透方面各具优势，但现有探针仍存在肿瘤蓄积不足、信号对比度有限等挑战。

海南大学研究团队在《Journal of Nanobiotechnology》发表创新成果，通过表面工程技术开发了GV@pCY5生物杂化材料。该研究巧妙利用微生物来源的气体囊泡(GV)作为天然纳米载体，通过逐层组装策略将聚乙烯亚胺(PEI)和远红外荧光染料CY5修饰于GV表面，构建了兼具BBB穿透能力和FL/US双模态成像功能的纳米探针。实验证实该材料不仅能显著提升肿瘤部位的荧光信号强度，还通过PEI稳定作用增强了超声对比性能，为脑部肿瘤的无创精准诊断提供了新工具。

关键技术方法包括：从铜绿微囊藻(FACHB-2329)中提取GV；通过静电吸附实现PEI包被(GV@PEI)和CY5负载(GV@pCY5)；透射电镜(TEM)和动态光散射(DLS)表征纳米结构；建立体外BBB模型评估穿透效率；采用小动物活体成像系统(IVIS)和便携式超声设备(DP-50Vet)进行双模态成像；通过CCK-8法和溶血实验评价生物相容性。

表征GV@pCY5

研究显示3.75 μg/mL PEI修饰的GV@PEI具有最佳稳定性，其水合粒径达808.4±44.9 nm，ζ电位-25.9±1.13 mV。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实CY5通过物理作用负载，紫外可见光谱在630nm处出现特征吸收峰。与游离CY5相比，GV@pCY5荧光强度提升2倍，且能抵抗超声空化损伤。

FL/US成像性能

体外凝胶模型实验表明，GV@pCY5在2.0 OD₅₀₀浓度下，荧光信号均匀性优于游离CY5，超声强度(IntDen)较裸GV提高2.2倍。55%输出功率下可获得最佳成像效果，且浓度依赖性不明显。

细胞摄取与BBB穿透

流式细胞术显示GV@pCY5在0.5h内即可实现GL261细胞100%摄取，平均荧光强度(MFI)较游离CY5提高2.2倍。体外BBB模型证实其穿透效率随时间递增，4h后基底侧细胞荧光阳性率达60%，显著高于游离染料组。

体内成像验证

在皮下胶质瘤模型中，GV@pCY5在8h时肿瘤部位荧光强度达峰值，较CY5组提高3.4倍；超声成像显示肿瘤边界清晰，IntDen值提升2.2倍。原位模型同样显示显著增强的双模态信号，组织切片显示肿瘤与正常脑组织对比度提升。

生物安全性

血液学分析和肝肾功检测(ALT/AST/BUN/UA)指标均正常，溶血率<5%，HE染色未发现主要器官病理损伤，证实材料具有良好的生物相容性。

该研究创新性地将生物源GV与合成材料结合，通过表面工程策略解决了传统纳米探针BBB穿透效率低、成像模态单一等关键问题。GV@pCY5不仅为胶质瘤诊断提供了新型双模态成像工具，其模块化设计思路更为开发其他脑部疾病诊疗一体化平台提供了重要参考。研究展现的生物-非生物杂化系统精准调控能力，为下一代智能纳米诊疗剂开发开辟了新途径。