Abstract
In this work, we demonstrated multifunctional NaYbF4: Tm3+/Gd3+ upconversion (UC) nanorods (UCNRs) with near-infrared (NIR)-to-NIR emission and controlled phase and size for UC optical and T1/T2 dual-weighted magnetic resonance (MR) imaging-guided small tumor detection and tri-modal bioimaging. Cell toxicity and post-injection histology results revealed that our designed UCNRs present low biotoxicity and good biocompatibility in living animals. Real-time tracking based on UCNRs in living mice demonstrated that the UCNRs were mainly accumulated in the reticuloendothelial system (RES) and excreted through the hepatic pathway. Additionally, the UCNRs exhibited high X-ray absorption coefficient and large K-edge value, resulting in efficient in vivo CT imaging. A new type of binary (Yb3+/Gd3+) MR contrast agent for simultaneous T1/T2 dual-weighted MR imaging was achieved by doping Gd3+ into NaYbF4 host. Importantly, a small tumor (5 mm in diameter) could be detected in vivo by intravenously injecting UCNRs under UC optical and MR imaging modalities. Therefore, these multifunctional nanoprobes based on NaYbF4:Tm3+/Gd3+ UCNRs with remarkable NIR-to-NIR emission provide potential applications for tri-modal UC optical, CT, binary T1/T2 MR imaging, and early-stage tumor detection in nanomedicine
چکیده
دراین اثر، NaYbF4 ی چندکاره را این طور تعریف کرده ایم : نانومیله های آپکانورسیون (UC) Tm3+/Gd3+ (UNCR ها)، با تابش نزدیک به مادون قرمز (NIR-NIR) و سایز و فاز کنترل شده، جهت شناسایی تومورهای کوچک به کمک تصویر برداری با تشدید مغناطیسی (MR) با وزن مضاعف T1/T2 و تصویربرداری زیستی سه حالتی. نتایج حاصل از توکسیسیته یا بررسی اثرات سمیِ سلول و بافت شناسیِ پس از تزریق، نشان داد که UCNR های طراحی شدۀ ما، توکسیسیتۀ زیستی پایین و سازگاری زیستی مطلوبی را در موجودات زنده داراست. ردگیریِ بلادرنگ مبتنی بر UCNR ها در موش های زنده نشان داد که UCNR ها عمدتاً در سیستم رتیکولو آندوتلیل (RES) تجمع کرده و توسط مسیر کبدی دفع شده اند. علاوه براین، UCNR ها ضریب جذب اشعه ایکس بالا و مقدار بالایی از K-edge را از خود نشان داده اند که این منجر به تصویربرداری موثر و کارآمد بافت زنده، خواهد شد. میزبانِ NaYbF4، که به آن مادۀ Gd3+ اضافه شده، نوع جدیدی از ماده حاجب یا کنتراست زای باینری (Yb3+/Gd3+) را برای تصویربرداری همزمانِ MR با وزن مضاعف T1/T2 شکل داد. مهمتر اینکه، یک تومور کوچک (با قطر 5 میلیمتر)، با تزریق درون وریدیِ UCNR ها در ابعاد تصویربرداری MR و تصویربرداری نوری UC، در بافت زنده قابل شناسایی بود. ازینرو، این نانو میله های چندکاره که براساس NaYbF4 - UCNR Tm3+/Gd3+ - و همراه با تابش قابل توجه NIR-to-NIR هستند، کاربردهای بالقوه ای را برای تصویربرداری باینری T1/T2 MR، CT، و سه حالتیِ نوری UC، و نیز برای شناسایی تومور در مراحل اولیه در نانوپزشکی، فراهم می کنند.
1-مقدمه
در سالهای اخیر، نانوپزشکی بدلیل افزایش چشمگیر دقت و صحتِ تشخیص بیماری و شناسایی تومور، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. کاربردهای فنی کنونیِ نانوموادِ باکیفیت، بدلیل خصوصیات مغناطیسی، الکتریکی و نوریِ منحصربفرد و قابل کنترل، نقشی کلیدی در نانوپزشکی بازی می کند، ازجمله، آپکانورسیونِ اپتیکی (UC)، پرتونگاری مقطعیِ محاسبه ای (CT)، و تصویربرداری با تشدید مغناطیسی (MR). باوجوداینکه فناوریِ تصویربرداریِ تک حالتی، به پیشرفت چشمگیری دست یافته، اما اطلاعات بدست آمده از آن نمی تواند الزامات مربوط به صحت و اثربخشی در تشخیص بیماری را ارضا کند. برای مثال، تصویربرداری زیستی اپتیکی، می تواند اطلاعاتی را پیرامون بافت ها با حساسیت بالا ارائه کند اما عمق نفوذ، بسیار محدود می باشد.