近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫(yī)學與健康工程研究所劉成波團隊、合成生物學研究所和深圳合成生物學創(chuàng)新研究院嚴飛團隊、生物醫(yī)學與健康工程研究所儲軍團隊，與美國德克薩斯大學奧斯汀分校Jonathan?Sessler團隊合作，在《美國國家科學院院刊》上發(fā)表題為Background-suppressed tumor-targeted photoacoustic imaging using bacterial carriers的文章。相關研究實現(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點、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烈，月亮和星星被淹沒在強烈的陽光背景中。對于生物成像來說，也是同樣道理。在光聲成像中，體內血紅蛋白分子產生強烈的背景信號，導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背景中。具有光開關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際應用，只能在概念層面實現(xiàn)差分成像效果。

　　該研究提出了一種“GPS”策略，為基因編碼開關蛋白真正走向活體應用提供了思路。在GPS方法中，G代表基因編碼開關蛋白（Genetically Encoded Switchable Protein）、P代表光聲成像（Photoacoustic Imaging）、S代表合成生物學（Synthetic Biology）。研究人員設計合成出F469W基因編碼蛋白，利用遺傳編碼規(guī)則，將該蛋白基因質粒轉染到大腸桿菌E. coli MG1655中，利用該細菌對腫瘤缺氧微環(huán)境的靶向特性，將開關蛋白基因靶向遞送至腫瘤區(qū)域，通過基于光開關的光聲成像方法抑制血液背景噪音實現(xiàn)腫瘤內細菌的精準定位與光聲成像。該方法將基因編碼開關蛋白、光聲成像和合成生物學進行整合，為細菌等活細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，提高了光開關蛋白探針檢測的靈敏度和特異性；用細菌載體的腫瘤內靶向歸巢能力，為腫瘤內基因藥物的可視化靶向遞送提供了新手段；腫瘤內缺氧與免疫抑制微環(huán)境使細菌能夠在腫瘤內增殖，避免了傳統(tǒng)分子探針在體內快速清除的局限性，成像后可用鏈霉素清除體內細菌，不僅安全可控，還可實現(xiàn)腫瘤內細菌的長時程成像，為研究腫瘤內細菌生長消亡規(guī)律提供了新視角。

論文鏈接

基于細菌遞送體系的腫瘤靶向成像示意圖

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

來源：深圳先進技術研究院