近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所劉成波團(tuán)隊(duì)、合成生物學(xué)研究所和深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院嚴(yán)飛團(tuán)隊(duì)、生物醫(yī)學(xué)與健康工程研究所儲軍團(tuán)隊(duì)，與美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jonathan?Sessler團(tuán)隊(duì)合作，在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表題為Background-suppressed tumor-targeted photoacoustic imaging using bacterial carriers的文章。相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)了活體深層組織腫瘤靶向零背景光聲成像。

　　夜晚能夠欣賞繁星點(diǎn)點(diǎn)、月光皎潔的美麗夜空，但到了白天，月亮和星星看不見了，并不是它們消失了，而是由于白天太陽光強(qiáng)烈，月亮和星星被淹沒在強(qiáng)烈的陽光背景中。對于生物成像來說，也是同樣道理。在光聲成像中，體內(nèi)血紅蛋白分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的背景信號，導(dǎo)致其他分子成像的靈敏度和特異性受到很大局限，這些分子被淹沒在血液的強(qiáng)背景中。具有光開關(guān)特性的基因編碼蛋白，為解決該問題提供了一種思路。這種蛋白能夠在開關(guān)兩種狀態(tài)成像，通過差分有效去除血液背景。但該方法至今無法得到實(shí)際應(yīng)用，只能在概念層面實(shí)現(xiàn)差分成像效果。

　　該研究提出了一種“GPS”策略，為基因編碼開關(guān)蛋白真正走向活體應(yīng)用提供了思路。在GPS方法中，G代表基因編碼開關(guān)蛋白（Genetically Encoded Switchable Protein）、P代表光聲成像（Photoacoustic Imaging）、S代表合成生物學(xué)（Synthetic Biology）。研究人員設(shè)計合成出F469W基因編碼蛋白，利用遺傳編碼規(guī)則，將該蛋白基因質(zhì)粒轉(zhuǎn)染到大腸桿菌E. coli MG1655中，利用該細(xì)菌對腫瘤缺氧微環(huán)境的靶向特性，將開關(guān)蛋白基因靶向遞送至腫瘤區(qū)域，通過基于光開關(guān)的光聲成像方法抑制血液背景噪音實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)細(xì)菌的精準(zhǔn)定位與光聲成像。該方法將基因編碼開關(guān)蛋白、光聲成像和合成生物學(xué)進(jìn)行整合，為細(xì)菌等活細(xì)胞在體光聲成像提供了全新范式，具有以下優(yōu)勢：通過光開關(guān)蛋白信號差分的策略消除了血液背景信號的干擾，提高了光開關(guān)蛋白探針檢測的靈敏度和特異性；用細(xì)菌載體的腫瘤內(nèi)靶向歸巢能力，為腫瘤內(nèi)基因藥物的可視化靶向遞送提供了新手段；腫瘤內(nèi)缺氧與免疫抑制微環(huán)境使細(xì)菌能夠在腫瘤內(nèi)增殖，避免了傳統(tǒng)分子探針在體內(nèi)快速清除的局限性，成像后可用鏈霉素清除體內(nèi)細(xì)菌，不僅安全可控，還可實(shí)現(xiàn)腫瘤內(nèi)細(xì)菌的長時程成像，為研究腫瘤內(nèi)細(xì)菌生長消亡規(guī)律提供了新視角。

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基于細(xì)菌遞送體系的腫瘤靶向成像示意圖

基因編碼開關(guān)蛋白在ON、OFF兩種狀態(tài)下，小鼠腫瘤區(qū)域光聲成像結(jié)果，以及二者差值實(shí)現(xiàn)背景噪音抑制結(jié)果

來源：中科院