精密测量院拥有两个国家重点实验室，一个国家大型科学仪器中心，一个国家台站网等4个国家级平台，各类省部级重点平台基地20余个。 现有职工600余人，其中院士4人、杰青13人，各类国家、科学院、省部级人才占比60%以上。2017年至今，在精密测量领域承担了数十项重大重点项目，其中，国家战略先导专项（2.5亿元）1项、重点研发计划12项、各类重大仪器研制专项10余项。精密探测技术和仪器已成为精密测量院满足国家需求和社会经济发展的优势领域方向。 精密...
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院（以下简称精密测量院）是由中国科学院武汉物理与数学研究所（始建于1958年）、中国科学院测量与地球物理研究所（始建于1957年）融合组建而成，是湖北省首个中国科学院创新研究院。 回望来时路，峥嵘六十载。在方俊、王天眷、张承修、李钧、李国平、丁夏畦、许厚泽、叶朝辉等老一辈科学家的带领下，精密测量院历经几代科技工作者的辛勤努力和开拓创新，解决了一系列事关国家全局的重大科...
精密测量院立足精密测量科学与技术创新，面向国家的重大战略需求，发挥多学科交叉优势，开展原子频标与精密测量物理、大地测量和地球物理、综合定位导航授时、脑科学与重大疾病以及多学科交叉的数学计算等研究，促进以原子频标、原子干涉、核磁共振、重力测量、地震探测等精密测量技术为核心的学科发展，形成精密原子、精密分子、精密地球三...
药物过量是造成癌症肿瘤检测与治疗副作用大的主要原因。这是因为现有药物对病灶的靶向不足，难以富集于肿瘤区域，且在病灶部位停留时间短，需要进行大剂量注射以达到预期成像检测与治疗效果。
近日，精密测量院周欣团队利用肿瘤微环境与正常组织的差异，开发了一种可智能“识别”癌症肿瘤的纳米粒子，通过在肿瘤中不断“变形”，延长纳米药物在肿瘤中的驻留时间、增强药物在肿瘤中的穿透性，以极低的药物剂量实现了癌症肿瘤的长时MRI检测与高效治疗。相关研究成果以“Activatable Graphene Quantum Dots-Based Nano-Transformers for Long-Period Tumor Imaging and Repeated Photodynamic Therapy”为题，发表于工程/材料类顶级期刊Advanced Materials。
如图1所示，所设计的模块化自组装纳米载体GQD NT，可用很简易的步骤将药物分子封装于其中（图1a），通过肿瘤微环境促发GQD NT变形，一步步提高药物在病灶部位的富集浓度：1) GQD NT（~60nm，图1c）表面RGD肽对αvβ3受体的主动识别及EPR效应，使纳米粒子能够准确到达肿瘤病灶部位；2) GQD NT温和的光热效应可改善癌细胞的细胞膜通透性，有利于纳米药物在肿瘤区域积聚；3) GQD NT “识别”肿瘤病灶的酸性微环境，转化为松散状态，直径扩大至~120 nm（图1d），以延长在肿瘤中的滞留时间；4) 随着时间的延长，GQD NT完全瓦解，粒径减小至~15 nm（图1e），有利于穿透至更深层肿瘤当中，“开启”荧光和磁共振信号。
肿瘤微环境诱导“变形”纳米粒子GQD NT
将脂溶性锰-卟啉（Mn-TCPP）负载至GQD NT中，可显著改善其在水中的分散性，使Mn-TCPP@GQD NT水分散液的T1加权MRI对比度随Mn含量的增加而升高（图2a），纵向弛豫率可达12.7 mM-1s-1，是临床用T1 MRI造影剂（r1= 2.5-5.1 mM-1s-1）的2.5-5.1倍。尾静脉注射后，Mn-TCPP@GQD NT经过层层靶向与变形富集于荷瘤小鼠的肺癌肿瘤部位，T1弛豫时间由2.7s下降至1.9s，从而在MRI图像中“点亮肿瘤”（图2b）。本工作中，Mn-TCPP的注射剂量仅为22.4 μM/kg，相较临床用T1 MRI造影剂（100-400 μM/kg）下降了4.5-17.9倍。此外，在注射后4-36小时之内，肿瘤部位的T1 MRI与正常组织的对比度高，边界明显，极大延长了对肿瘤部位的成像时间。TCPP@GQD NT的活体荧光成像结果与MRI相比，具有很好的一致性（图2c）。
可“变形”GQD NT用于活体肿瘤长时MRI
基于以上优良性质，我们设计了一种可重复的光动力学治疗（photodynamic therapy, PDT）方法，单次注射之后，可进行四次激光照射（注射后6、12、24、36小时），激活肿瘤内停留的光敏药物，抑制肿瘤生长。单次PDT组所用药物浓度仅为1.76 μmol/kg，肿瘤体积下降幅度超过82%。进行两次PDT后，肿瘤被完全消融（图3）。本工作将光敏药物的总剂量降至1.76-3.50 μmol/kg的极低水平，与文献报道相比降低了10~30倍，且所用的低剂量激光不会造成皮肤损伤，有望克服PDT中光敏药物过量的问题。
可“变形”GQD NT用于高效光动力学治疗
总之，所开发的“变形”纳米为下一代诊疗提供了一种智能载体，为肿瘤长时MRI和高效治疗开辟了一条新途径。文章第一作者是精密测量院副研究员杨玉琪和博士生王宝龙，通讯作者是深圳大学教授黄鹏和精密测量院研究员周欣。
该工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211337
科研动态
精密测量院开发“变形”纳米粒子用于肿瘤长时MRI与高效治疗
药物过量是造成癌症肿瘤检测与治疗副作用大的主要原因。这是因为现有药物对病灶的靶向不足，难以富集于肿瘤区域，且在病灶部位停留时间短，需要进行大剂量注射以达到预期成像检测与治疗效果。
近日，精密测量院周欣团队利用肿瘤微环境与正常组织的差异，开发了一种可智能“识别”癌症肿瘤的纳米粒子，通过在肿瘤中不断“变形”，延长纳米药物在肿瘤中的驻留时间、增强药物在肿瘤中的穿透性，以极低的药物剂量实现了癌症肿瘤的长时MRI检测与高效治疗。相关研究成果以“Activatable Graphene Quantum Dots-Based Nano-Transformers for Long-Period Tumor Imaging and Repeated Photodynamic Therapy”为题，发表于工程/材料类顶级期刊Advanced Materials。
如图1所示，所设计的模块化自组装纳米载体GQD NT，可用很简易的步骤将药物分子封装于其中（图1a），通过肿瘤微环境促发GQD NT变形，一步步提高药物在病灶部位的富集浓度：1) GQD NT（~60nm，图1c）表面RGD肽对αvβ3受体的主动识别及EPR效应，使纳米粒子能够准确到达肿瘤病灶部位；2) GQD NT温和的光热效应可改善癌细胞的细胞膜通透性，有利于纳米药物在肿瘤区域积聚；3) GQD NT “识别”肿瘤病灶的酸性微环境，转化为松散状态，直径扩大至~120 nm（图1d），以延长在肿瘤中的滞留时间；4) 随着时间的延长，GQD NT完全瓦解，粒径减小至~15 nm（图1e），有利于穿透至更深层肿瘤当中，“开启”荧光和磁共振信号。
肿瘤微环境诱导“变形”纳米粒子GQD NT
将脂溶性锰-卟啉（Mn-TCPP）负载至GQD NT中，可显著改善其在水中的分散性，使Mn-TCPP@GQD NT水分散液的T1加权MRI对比度随Mn含量的增加而升高（图2a），纵向弛豫率可达12.7 mM-1s-1，是临床用T1 MRI造影剂（r1= 2.5-5.1 mM-1s-1）的2.5-5.1倍。尾静脉注射后，Mn-TCPP@GQD NT经过层层靶向与变形富集于荷瘤小鼠的肺癌肿瘤部位，T1弛豫时间由2.7s下降至1.9s，从而在MRI图像中“点亮肿瘤”（图2b）。本工作中，Mn-TCPP的注射剂量仅为22.4 μM/kg，相较临床用T1 MRI造影剂（100-400 μM/kg）下降了4.5-17.9倍。此外，在注射后4-36小时之内，肿瘤部位的T1 MRI与正常组织的对比度高，边界明显，极大延长了对肿瘤部位的成像时间。TCPP@GQD NT的活体荧光成像结果与MRI相比，具有很好的一致性（图2c）。
可“变形”GQD NT用于活体肿瘤长时MRI
基于以上优良性质，我们设计了一种可重复的光动力学治疗（photodynamic therapy, PDT）方法，单次注射之后，可进行四次激光照射（注射后6、12、24、36小时），激活肿瘤内停留的光敏药物，抑制肿瘤生长。单次PDT组所用药物浓度仅为1.76 μmol/kg，肿瘤体积下降幅度超过82%。进行两次PDT后，肿瘤被完全消融（图3）。本工作将光敏药物的总剂量降至1.76-3.50 μmol/kg的极低水平，与文献报道相比降低了10~30倍，且所用的低剂量激光不会造成皮肤损伤，有望克服PDT中光敏药物过量的问题。
可“变形”GQD NT用于高效光动力学治疗
总之，所开发的“变形”纳米为下一代诊疗提供了一种智能载体，为肿瘤长时MRI和高效治疗开辟了一条新途径。文章第一作者是精密测量院副研究员杨玉琪和博士生王宝龙，通讯作者是深圳大学教授黄鹏和精密测量院研究员周欣。
该工作得到了国家科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211337