分享一篇近日发表在Angew Chem Int Ed 上的文章——“An NIR Fluorescence Turn-on and MRl Bimodal Probe for Concurrent Real-time in vivo Sensing and Labeling of β-Galactosidase”。该文章的通讯作者是来自中科院精密测量科学与技术创新研究院的陈世桢研究员，其主要从事¹⁹F/¹²⁹Xe/¹H磁共振分子影像及肿瘤的多模态影像研究。本文中，作者开发了一种新型的半乳糖苷酶双功能探针，结合近红外荧光成像（NIR）和磁共振成像（MRI），能够实时实现活体小鼠中半乳糖苷酶的双模态可视化，有助于精确鉴别肿瘤组织和指导肿瘤切除手术。

图1 用于体内成像的 β-gal可激活的双模NIR/MR探针示意图

首先，作者在体外系统表征了探针Gal-Cy-Gd-1的反应活性。紫外吸收、HPLC、胶内荧光成像等实验结果表明探针可选择性识别β-gal，其被β-gal激活后，探针以时间依赖性表现出明显的紫外可见吸收及近红外荧光信号，并产生了目标荧光团。说明Gal-Cy-Gd-1 能灵敏响应β-gal，并且能够共价连接到目标酶或其附近选择性酶激活后的蛋白质（图2）。

图2 Gal-Cy-Gd-1的体外表征

接下来，作者对探针和β-Gal的相互作用进行对接计算。X射线晶体衍射结果显示Gal-Cy-Gd-1 与β-Gal具有较高的结合活性，很难与酶解离，探针位于袋符合乳糖位置的结合口袋（图3）。

图3 Gal-Cy-Gd-1，Gal-Cy-Gd-2与β-Gal的对接

然后，作者在细胞水平验证探针的有效性能。以卵巢癌细胞SKOV3 细胞为模型细胞，并孵育探针。流式细胞术、荧光成像等实验结果显示探针标记4 h左右即显示明显的近红外荧光及磁共振信号，信号呈现明显的时间依赖性，并可被β-gal抑制剂有效抑制（图4）。

图4 卵巢癌细胞中β-Gal的可视化

进一步地，作者继续评估Gal-Cy-Gd-1在体内成像的适用性。小鼠皮下肿瘤模型中可有效实现活小鼠中 β-gal触发的NIR和MRI激活，信号主要集中在肝脏和肿瘤部位。静脉注射探针4 h后，可实现肿瘤部位最明显的MRI对比度（图5）。

图5 卵巢癌肿瘤活体小鼠中内源性 β-gal的双模态成像

最后，作者在β-gal双模态成像指导下顺利实现肿瘤的精准原位切除。在静脉注射探针后SKOV3/Luc肿瘤小鼠的左卵巢中显示特异性明亮的NIR荧光，与BL肿瘤成像区域和MRI精确匹配。基于肿瘤的可视化成像指示，作者准确描绘卵巢肿瘤的边缘并实现肿瘤组织的精确手术切除（图6）。

图6 原位卵巢癌的双模态成像及成像指导下的肿瘤切除