深圳先研院PNAS ｜背景噪音抑制的肿瘤靶向光声成像

    2月22日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所刘成波团队，合成生物学研究所、深圳合成生物学创新研究院严飞团队，医工所储军团队，与美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan Sessler团队合作，在 PNAS 上发表了题为 《Background-suppressed tumor-targeted photoacoustic imaging using bacterial carriers》 的文章，该研究实现了活体深层组织肿瘤靶向零背景光声成像。

    本项工作中，研究人员提出一种GPS策略，为基因编码开关蛋白真正走向活体应用，提供了思路。在GPS方法中，G代表基因编码开关蛋白（Genetically Encoded Switchable Protein），P代表光声成像（Photoacoustic Imaging），S代表合成生物学（Synthetic Biology）。研究人员设计合成出F469W基因编码蛋白，利用遗传编码规则，将该蛋白基因质粒转染到大肠杆菌E. coli MG1655中，利用该细菌对肿瘤缺氧微环境的靶向特性，将开关蛋白基因靶向递送至肿瘤区域，通过基于光开关的光声成像方法抑制血液背景噪音实现肿瘤内细菌的精准定位与光声成像。该方法将基因编码开关蛋白，光声成像和合成生物学进行整合，为细菌等活细胞在体光声成像提供了全新范式，具有以下三个优势：（1）它通过光开关蛋白信号差分的策略消除了血液背景信号的干扰，提高了光开关蛋白探针检测的灵敏度和特异性；（2）利用细菌载体的肿瘤内靶向归巢能力，为肿瘤内基因药物的可视化靶向递送提供了新手段；（3）肿瘤内缺氧与免疫抑制微环境使细菌能够在肿瘤内增殖，避免了传统分子探针在体内快速清除的局限性，成像后可用链霉素清除体内细菌，不仅安全可控，还可实现肿瘤内细菌的长时程成像，为研究肿瘤内细菌生长消亡规律提供了新的视角。 

图1：基于细菌递送体系的肿瘤靶向成像示意图；

图2：基因编码开关蛋白在ON、OFF两种状态下，小鼠肿瘤区域光声成像结果，以及二者差值实现背景噪音抑制结果；

图3：大肠杆菌F469W载体内，多个蛋白开关周期光声信号由ON到OFF可逆变化结果。