近日，精密測(cè)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(cè)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(guó)際知名期刊《美國(guó)國(guó)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(cè)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(duì)這些問題，精密測(cè)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(duì)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(hào)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(hào)，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(cè) (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(guó)際學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。精密測(cè)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中國(guó)科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。

????論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2405877121