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【J. Med. Chem.】4种近红外染料对纳米抗体示踪剂药代动力学影响的系统比较 ​

文章标题： A Comparative Study on the Effect of Near-Infrared Fluorescent Dyes on the Pharmacokinetic Behavior of Nanobody-Based Tracers for In Vivo Imaging 通讯作者： Sophie Hernot 文章链接： https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c02376

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文章概要 ​

随着近红外（NIR）荧光分子成像在术中导航中的应用日益广泛，研究人员越来越关注荧光分子示踪剂的设计优化。传统研究多聚焦于靶向部分（如抗体、肽等），而忽视了荧光染料对药代动力学的潜在影响。本研究系统比较了四种常用NIR染料——IRDye800CW、ZW800-1、FNIR-Tag和s775z——对纳米抗体（Nanobody, Nb）示踪剂体内分布和肿瘤靶向能力的影响，并评估了染料标记密度（degree of labeling, DOL）对成像性能的影响。

研究设计与方法 ​

研究团队选用两种靶向纳米抗体（抗EGFR的7D12和抗HER2的2Rs15d）以及一个非靶向对照Nb（R3b23），分别通过胺反应方式与上述四种染料偶联，目标DOL为1或2。所有Nb均在大肠杆菌中表达并纯化，偶联后通过液相色谱-质谱（LC-MS）和尺寸排阻色谱（SEC）确认纯度和偶联效率。随后进行体外结合实验、血清稳定性测试以及小鼠体内成像和器官荧光分析。

主要发现 ​

  1. 染料对药代动力学的影响显著不同：

    • IRDye800CW：在体内表现出明显的非特异性组织积累，尤其是肝脏，导致背景信号高，早期成像对比度差。
    • ZW800-1：虽然设计为双电荷结构以减少血清蛋白结合，但在Nb偶联后仍表现出高背景和肝脏摄取，成像对比度不理想。
    • FNIR-Tag与s775z：均展现出优异的体内表现，肿瘤信号强，背景低，尤其s775z在肿瘤与肝脏之间的信号比值高达9.0，显示出极佳的肿瘤识别能力。

  2. 染料标记密度的影响：

    • 提高DOL至2虽能增强肿瘤荧光强度，但同时也增加了非特异性背景信号，导致肿瘤与背景的对比度（TBR）下降。
    • FNIR-Tag在DOL为2时，其肿瘤与肝脏比值由1.3降至0.5，显示出明显的非特异性积累。
    • 相比之下，s775z在DOL提高后仍保持较高的肿瘤特异性，但TBR略有下降。

  3. 体外实验结果支持体内观察：

    • 所有Nb偶联物在血清中稳定，FNIR-Tag和s775z几乎不与血清蛋白结合。
    • 细胞结合实验显示偶联后的Nb仍保持对靶标的高亲和力，KD值均在纳摩尔级别。

研究意义与展望 ​

本研究首次系统比较了四种NIR染料在纳米抗体偶联后对体内成像性能的影响，明确指出染料的选择对示踪剂的药代动力学具有决定性作用。FNIR-Tag和s775z因其低背景、高亮度和良好的肿瘤识别能力，被认为是更适合临床转化的染料选择。

此外，研究强调了控制染料标记密度的重要性，过高的DOL可能破坏Nb的药代特性，建议采用更精确的位点特异性标记策略以提高示踪剂的成像质量和临床可行性。

这项工作为未来开发高效、低背景的纳米抗体荧光示踪剂提供了重要的实验依据和设计指导，尤其在肿瘤术中导航和分子影像领域具有广泛应用前景。