一种多功能金纳米点在脊髓损伤检测和修复方面的应用

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种多功能金纳米点(AuNDs)作为纳米药物通过双模式成像进行诊断和修复脊髓损伤部位的应用。

背景技术

全球约有300万人患有创伤性脊髓损伤(Spinal cord injury,SCI)，SCI是一种严重的中枢神经系统外伤性疾病，表现为损伤部位以下节段的各种运动感觉功能障碍、排尿排便功能障碍。脊髓损伤的病理生理进展包括原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤后立即发生持续的继发性损伤级联反应，导致脊髓进一步损伤和神经功能障碍。研究表明，损伤脊髓中活性氧(ROS)水平的显著增加在继发性损伤级联反应中起着至关重要的作用。过量的ROS主要由损伤的线粒体、NADPH氧化酶、炎症细胞以及继发性损伤的恶劣微环境引起的芬顿反应产生。过量产生的ROS可引起严重的脂质过氧化，并对蛋白质和DNA造成氧化损伤，导致损伤部位神经纤维变性脱髓鞘，甚至神经元细胞凋亡。此外，ROS容易分布到损伤部位的邻近区域，往往引起损伤部位的扩张，导致继发性损伤加重。因此，清除活性氧被认为是减轻急性脊髓损伤治疗中继发性损伤的有效途径。

近年来，功能纳米材料为脊髓损伤的诊断和治疗开辟了新的途径。特别是金纳米颗粒(AuNPs)，由于其超小的尺寸，易于表面功能化，良好的生物相容性，有望成为内源性药物。AuNPs具有抗氧化能力，可抑制氧化应激的产生。此外，AuNPs还可以通过抑制炎症细胞因子达到良好的抗炎作用。因此，我们推测AuNPs可能通过抑制氧化应激促进脊髓损伤后的功能恢复。同时，AuNPs还具有良好的光学性能和X射线衰减能力，可用于荧光和CT成像。优异的成像效果能够及时准确地识别脊髓损伤部位，实现脊柱手术过程中脊髓完整性的实时可视化监测。综上所述，AuNPs有望成为一种双模式成像纳米探针，既能克服单一成像的局限性，又能准确区别病变部位并指导损伤后的治疗效果，同时又可以作为一种纳米药物，清除脊髓损伤部位过多的ROS，修复损伤的脊髓。在脊髓损伤的诊疗一体化方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能AuNDs作为纳米药物通过双模式成像进行诊断和修复脊髓损伤部位的应用。

该方法首先采用电化学交换法制备了具有生物相容性的超小尺寸金纳米点。该纳米点具有优异的荧光成像与CT成像性能，注射到脊髓处后可以快速准确地区分脊髓损伤部位；同时结合荧光/CT双模式成像以高空间分辨率、对比度和灵敏度实现检测脊髓损伤部位的应用，克服了单一技术的局限性。它能在脊柱手术过程中实时视觉监测脊髓完整性和及时识别脊髓损伤部位方面。多功能AuNDs可以作为纳米药物，通过清除活性氧(ROS)、抑制氧化应激、抗炎症和抗细胞凋亡等机制，获得有效修复脊髓损伤的治疗效果。采用电生理检查、血脑屏障运动评定量表和免疫荧光染色评价治疗脊髓损伤后的功能恢复情况。结果表明，这种纳米药物可以减少氧化应激损伤，抑制氧化应激导致的细胞凋亡。利用该纳米药物修复脊髓损伤的治疗结束后，动物的运动功能显著恢复。该AuNDs纳米药物可有效地修复损伤后的脊髓，同时还具有微创、高效、毒副作用小等优点。综上所述，具有集成荧光/CT双模式成像及指导精确治疗脊髓损伤于一体的多功能金纳米点，可以作为一种纳米药物，为脊髓损伤的临床诊断和治疗提供一种新的有效策略。

本发明所述的多功能AuNDs的制备方法，其具体步骤如下：

(1)制备模板剂银纳米点(AgNDs)：称取0.0845g AgNO

(2)制备金纳米点(AuNDs)：将上述AgNDs用去离子水配制成浓度为50mM溶液并取1000μL，再量取500～1000μLHAuCl

本发明优点如下：1.制备的AuNDs具有优异的生物相容性，纳米尺寸小，可穿过血脑屏障，易于功能化，可作为一种纳米药物应用于生物体内；2.制备过程简单便捷，绿色安全无污染；3.AuNDs具有优异的荧光/CT双模式成像功能，可以弥补单一成像的局限性，提高空间分辨率和对比度，注射到脊髓处后能点亮脊髓部位，并差异性检测脊髓正常组织和损伤组织，实现可视化地精准检测脊髓损伤部位的应用；4.将AuNDs纳米药物注射到脊髓损伤部位后，可有效清除ROS，抑制氧化应激，减少炎症细胞的浸润，达到修复脊髓继发性损伤的良好效果，促进损伤脊髓功能的恢复；5.AuNDs纳米药物具有集成荧光/CT双模式成像、指导精确检测和治疗脊髓损伤等多功能于一体，可差异性点亮和区分脊髓正常组织和损伤组织，实现可视化手术导航和精确定位脊髓损伤的部位，并能精准修复脊髓损伤部位，为脊髓损伤的临床诊断和治疗提供一种新的有效策略。

附图说明

图1：(a)为实施例1所制备的AuNDs的荧光光谱图。(b)为实施例1所制备的不同浓度的AuNDs的计算机断层扫描(CT)图像。结果表明AuNDs具有良好的荧光/CT双模式成像性能，可提供多重信息，差异性点亮和区分脊髓正常组织和损伤组织，实现可视化导航和精确定位脊髓损伤的部位。

图2：为实施例1所制备的AuNDs通过DCF染色检测PC12细胞内ROS水平。表明AuNDs具有高效清除ROS的能力，能抑制氧化应激，减少炎症细胞的浸润，有效地修复脊髓继发性损伤的治疗效果。

图3：(a)为实施例1所制备的AuNDs，在动物脊髓损伤部位处进行注射前后的CT图像对比，图像为正中矢状面(左上)、冠状面(左下)和横切面(右)。(b)为实施例1所制备的AuNDs在动物脊髓损伤部位处进行注射前后的荧光图像对比。结果表明，AuNDs分别利用荧光和CT双模式成像方法，能够准确定位和检测脊髓损伤部位，而且荧光/CT双模成像的结合呈现具有较高的空间分辨率、对比度和灵敏度。它在脊髓完整性的实时可视化监测和脊柱手术中及时识别脊髓损伤组织方面具有很大的潜力。

图4：(a)为实施例1所制备的AuNDs在动物脊髓损伤部位进行治疗前后的脊髓躯体感觉诱发电位(SSEP)对比。(b)为实施例1所制备的AuNDs在动物脊髓损伤部位进行治疗前后的皮质运动诱发电位(CMEP)对比。结果表明，AuNDs显著改善了脊髓损伤急性期后肢运动功能的恢复，在修复脊髓损伤方面具有极大的应用潜力。

具体实施方式

实施例1：

(1)制备模板剂银纳米点(AgNDs)：称取0.0845g AgNO

(2)制备金纳米点(AuNDs)：将上述AgNDs用去离子水配制成浓度为50mM溶液并取1000μL，再量取500μLHAuCl

实施例2：

(1)制备模板剂银纳米点(AgNDs)：称取0.0845g AgNO

(2)制备金纳米点(AuNDs)：将上述AgNDs用去离子水配制成浓度为50mM溶液并取1000μL，再量取1000μLHAuCl

实施例3：

(1)制备模板剂银纳米点(AgNDs)：称取0.0845g AgNO

(2)制备金纳米点(AuNDs)：将上述AgNDs用去离子水配制成浓度为50mM溶液并取1000μL，再量取800μLHAuCl