肾脏相关疾病的发生在早期通常没有临床症状，但随着肾脏疾病进一步发展可能导致严重的肾功能衰竭，因此对于肾脏疾病的早期检测与及时医疗干预尤为重要。临床对于肾脏疾病的筛查方法依赖于测定血尿素氮和肌酐，然而这些标志物在早期肾损伤时没有明显变化，血清检出时往往已经发生不可逆的肾小球功能丢失。而MRI、PET、CT等成像技术由于成本高、可及性低或存在较大的辐射危害，不适用于早期肾损伤筛查。

        基于近红外二区（NIR-II）荧光在活体成像研究中表现出的独特优异性，张凡教授研究团队提出了一种基于NIR-II发光的高效肾脏靶向成像策略。传统近红外荧光探针在注射到活体中会被肝脏迅速捕获，难以实现肾脏成像。团队发现，在有机荧光小分子如ICG分子上修饰一条亲水性多肽，能够显著改变ICG分子的生物代谢途径，由原本的快速被RES器官捕获并通过肝胆代谢转变为高效肾脏富集及缓慢肾代谢，从而实现分子在肾脏中的长时间靶向成像。
   
        团队设计了一系列多肽，通过系统比较多种不同多肽的理化性质，发现极性大的多肽（KTP）能够改变荧光探针的代谢途径，且肾靶向效率和在肾脏的聚集时间与多肽的极性成正比。将多肽偶联到本团队此前报导的多种NIR-II分子探针上（CX2，FD1080，LZ1105），均有相同效果。此外，这种多肽调控探针代谢途径不仅适用于上述有机小分子染料，也同样适用于超小无机纳米颗粒。可被肾脏快速清除的超小无机纳米颗粒（< 5 nm）表面连接上这条极性大的多肽，能显著延长纳米颗粒在肾脏中的停留时间。通过进一步研究证明，偶联多肽的小分子与纳米颗粒能够被肾小管细胞重吸收，因此实现长期的高效肾靶向成像。  
        基于上述发现，研究团队还设计了一种可被活性氧激活（ROS）的OFF-ON型肾靶向探针GNP-KTP-ICG，利用GNP对ICG荧光的猝灭和KTP的靶向作用，该探针能够高效富集到肾脏，并被肾损伤过程中产生的ROS激活，导致GNP与ICG-KTP的分离，从而ICG荧光恢复，可以实现NIR-II活体肾成像与体外尿液GNP荧光成像的双重成像模式，对早期肾损伤和肿瘤化疗药物导致的肾损伤进程具有良好的诊断功能。
   
        总结：在这项工作中，研究团队利用极性高的多肽调节探针在活体内的代谢途径，该方法广泛适用于不同的有机小分子及超小无机纳米颗粒，有望作为一种通用型肾靶向的生物分子平台，为肾疾病诊断与靶向肾脏给药提供了一种新的策略。
 
参考文献:
Ying Chen, Peng Pei, Zuhai Lei, Xin Zhang, Dongrui Yin, Fan Zhang*. A Promising NIR‐II Fluorescent Sensor for Peptide‐Mediated Long‐term Monitoring of Kidney Dysfunction. Angew. Chem. Int. Ed. , 2021, 60, 15809-15815. 
 
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        文中利用近红外二区小动物活体成像系统NIR-II-ST完成了小鼠肾脏成像实验。该小动物活体成像系统功能强大，相机性能优异，多款深度制冷的InGaAs近红外相机可供选择。检测灵敏度高，可实现大视野以及局部小动物高信噪比和高分辨活体成像。自主开发的软件功能一键操作，可实时反映仪器状态，自动化控制，操控与图像处理一体化，终身免费升级。该成像系统应用场景多样化，可用于小动物近红外二区宽场成像、全光谱成像、近红外二区荧光寿命成像，且成像系统采用了模块化设计，成像功能亦可进一步升级扩展X射线激发模块、CT成像模块、三维成像模块、热成像模块、比率荧光测试、多通道成像与原位光谱测试等。该系统可应用于活体小动物荧光手术导航、脏器成像、肿瘤成像、血管成像、淋巴成像、体内植入物的监测、药物追踪与活体原位疾病检测等。