Applications of Self-assembled Peptide Probes in Magnetic Resonance Imaging

doi:10.7503/cjcu20220440

Abstract

Abstract:

Magnetic resonance imaging（MRI） is a powerful non-invasive biomedical diagnostic technique. Clinically， MRI requires contrast agents to improve imaging quality， thereby improving the diagnosis accuracy. Due to the superior signal amplification ability and biocompatibility， self-assembled peptide probes can be loaded with specific MRI molecules to achieve tumor targeting and enriching through the enzyme responsive self-assembly process. Thus， self-assembled peptide probes can enhance the MRI signal of tumor lesions， thereby further improving the accuracy and sensitivity of MRI. This review summarizes the recent progress of self-assembled peptide probes under different MRI modalities（ ¹H MRI， ¹⁹F MRI， dual nuclei MRI）， and highlights their potential for cancer diagnosis.

Key words: Self-assembled polypeptide, Enzyme responsive MRI probe, ¹H MRI, ¹⁹F MRI, Tumor imaging

CLC Number:

O615

TrendMD:

XU Haidong, WANG Rui, LIANG Gaolin. Applications of Self-assembled Peptide Probes in Magnetic Resonance Imaging[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220440.

Figures/Tables 6

References 54

1	Lyu P. J.， Liu X.， Zhang R.， Shi L.， Gao J. B.， Invest. Radiol.， 2020， 55（7）， 412—421
2	Ruiz⁃Cabello J.， Barnett B. P.， Bottomley P. A.， Bulte J. W. M.， NMR Biomed.， 2011， 24（2）， 114—129
3	Wu Y.， Ali M. R. K.， Chen K.， Fang N.， El⁃Sayed M. A.， Nano Today， 2019， 24， 120—140
4	Deri M. A.， Zeglis B. M.， Francesconi L. C.， Lewis J. S.， Nucl. Med. Biol.， 2013， 40（1）， 3—14
5	Wells P. N. T.， Ultrasonics， 1993， 31（5）， 345—352
6	Key J.， Cooper C.， Kim A. Y.， Dhawan D.， Knapp D. W.， Kim K.， Park J. H.， Choi K.， Kwon I. C.， Park K.， Leary J. F.， J. Controlled Release， 2012， 163（2）， 249—255
7	Pirogov Y. A.， Phys. Procedia， 2016， 82， 3—7
8	Gutberlet M.， Kaireit T. F.， Voskrebenzev A.， Lasch F.， Freise J.， Welte T.， Wacker F.， Hohlfeld J. M.， Vogel⁃Claussen J.， Radiology， 2018， 286（3）， 1040—1051
9	Mohamed R. E.， Zytoon H. A.， Amin M. A.， Egypt. J. Radiol. Nucl. Med.， 2018， 49（2）， 536—552
10	Takaoka Y.， Kiminami K.， Mizusawa K.， Matsuo K.， Narazaki M.， Matsuda T.， Hamachi I.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（30）， 11725—11731
11	Cho M. H.， Shin S. H.， Park S. H.， Kadayakkara D. K.， Kim D.， Choi Y.， Bioconjugate Chem.， 2019， 30（10）， 2502—2518
12	Kirschenlohr H. L.， Metcalfe J. C.， Morris P. G.， Rodrigo G. C.， Smith G. A.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 1988， 85（23）， 9017—9021
13	Chen S. Z.， Yang Y. Q.， Li H. D.， Zhou X.， Liu M. L.， Chem. Commun.， 2014， 50（3）， 283—285
14	Huang J.， Li Y. C.， Orza A.， Lu Q.， Guo P.， Wang L. Y.， Yang L.， Mao H.， Adv. Funct. Mater.， 2016， 26（22）， 3818—3836
15	Huang X. L.， Song J. B.， Yung B. C.， Huang X. H.， Xiong Y. H.， Chen X. Y.， Chem. Soc. Rev.， 2018， 47（8）， 2873—2920
16	Cui H. G.， Webber M. J.， Stupp S. I.， Biopolymers， 2010， 94（1）， 1—18
17	Gao G.， Sun X. B.， Liu X. Y.， Jiang Y. W.， Tang R. Q.， Guo Y. X.， Wu F. G.， Liang G. L.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（34）， 2102832
18	Wu C. F.， Wang C. C.， Zhang T.， Gao G.， Wei M. X.， Chen Y. L.， Li X. Y.， Wang F. Q.， Liang G. L.， Adv. Healthcare Mater.， 2022， 11（1）， 2101346
19	Shi H. B.， Kwok R. T. K.， Liu J. Z.， Xing B. G.， Tang B. Z.， Liu B.， J. Am. Chem. Soc.， 2012， 134（43）， 17972—17981
20	Wang J.， Liu K.， Xing R. R.， Yan X. H.， Chem. Soc. Rev.， 2016， 45（20）， 5589—5604
21	Paramonov S. E.， Jun H. W.， Hartgerink J. D.， J. Am. Chem. Soc.， 2006， 128（22）， 7291—7298
22	Rybtchinski B.， ACS Nano， 2011， 5（9）， 6791—6818
23	Wang C.， Wang Z. Q.， Zhang X.， Acc. Chem. Res.， 2012， 45（4）， 608—618
24	Zhang S.， Shao Y. Y.， Yin G. P.， Lin Y. H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2010， 49（12）， 2211—2214
25	Castelletto V.， Seitsonen J.， Tewari K. M.， Hasan A.， Edkins R. M.， Ruokolainen J.， Pandey L. M.， Hamley I. W.， Lau K. H. A.， ACS Macro Lett.， 2020， 9（4）， 494—499
26	Wang C.， Du W.， Wu C.， Dan S.， Sun M.， Zhang T.， Wang B.， Yuan Y.， Liang G.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61（5）， e202114766
27	Yang Z. M.， Gu H. W.， Fu D. G.， Gao P.， Lam J. K.， Xu B.， Adv. Mater.， 2004， 16（16）， 1440—1444
28	Yang Z. M.， Liang G. L.， Xu B.， Acc. Chem. Res.， 2008， 41（2）， 315—326
29	Liu S.， Zhang Q. X.， Shy A. N.， Yi M. H.， He H. J.， Lu S. J.， Xu B.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143（38）， 15852—15862
30	Hai Z.， Ni Y.， Saimi D.， Yang H.， Tong H.， Zhong K.， Liang G.， Nano Lett.， 2019， 19（4）， 2428—2433
31	Yan R. Q.， Hu Y. X.， Liu F.， Wei S. X.， Fang D. Q.， Shuhendler A. J.， Liu H.， Chen H. Y.， Ye D. J.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141（26）， 10331—10341
32	Khairnar S.， More N.， Mounika C.， Kapusetti G.， J. Med. Imaging Radiat. Sci.， 2019， 50（4）， 575—589
33	Bull S. R.， Guler M. O.， Bras R. E.， Meade T. J.， Stupp S. I.， Nano Lett.， 2005， 5（1）， 1—4
34	Li W. S.， Luo J.， Jiang F.， Chen Z. N.， Dalton Trans.， 2012， 41（31）， 9405—9410
35	Ha B. C.， Jung J.， Kwak B. K.， Acta Radiol.， 2015， 56（2）， 219—227
36	Zhang H.， Liu K.， Li S. K.， Xin X.， Yuan S. L.， Ma G. H.， Yan X. H.， ACS Nano， 2018， 12（8）， 8266—8276
37	Lee N.， Hyeon T.， Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（7）， 2575—2589
38	Fan C. H.， Ting C. Y.， Lin H. J.， Wang C. H.， Liu H. L.， Yen T. C.， Yeh C. K.， Biomaterials， 2013， 34（14）， 3706—3715
39	Melancon M. P.， Elliott A.， Ji X. J.， Shetty A.， Yang Z.， Tian M.， Taylor B.， Stafford R. J.， Li C.， Invest. Radiol.， 2011， 46（2）， 132—140
40	Zheng S. W.， Huang M.， Hong R. Y.， Deng S. M.， Cheng L. F.， Gao B.， Badami D.， J. Biomater. Appl.， 2014， 28（7）， 1051—1059
41	Wang Y. L.， Xu C.， Chang Y. N.， Zhao L. N.， Zhang K.， Zhao Y. L.， Gao F. P.， Gao X. Y.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2017， 9（34）， 28959—28966
42	Yuan Y.， Ding Z. L.， Qian J. C.， Zhang J.， Xu J. Y.， Dong X. J.， Han T.， Ge S. C.， Luo Y. F.， Wang Y. W.， Zhong K.， Liang G. L.， Nano Lett.， 2016， 16（4）， 2686—2691
43	Wang Y. G.， Li X. H.， Chen P. Y.， Dong Y.， Liang G. L.， Yu Y. Q.， Nanoscale， 2020， 12（3）， 1886—1893
44	Li F. F.， Zhi D. B.， Luo Y. F.， Zhang J. Q.， Nan X.， Zhang Y. J.， Zhou W.， Qiu B. S.， Wen L. P.， Liang G. L.， Nanoscale， 2016， 8（25）， 12826—12833
45	Wang L. Y.， Huang J.， Chen H. B.， Wu H.， Xu Y. L.， Li Y. C.， Yi H.， Wang Y. A.， Yang L. L.， Mao H.， ACS Nano， 2017， 11（5）， 4582—4592
46	Dong L.， Qian J. C.， Hai Z. J.， Xu J. Y.， Du W.， Zhong K.， Liang G. L.， Anal. Chem.， 2017， 89（13）， 6922—6925
47	Li H.， Hai Z. J.， Zou L. W.， Zhang L. L.， Wang L. L.， Wang L. S.， Liang G. L.， Theranostics， 2022， 12（1）， 410—417
48	Rolfe B. E.， Blakey I.， Squires O.， Peng H.， Boase N. R. B.， Alexander C.， Parsons P. G.， Boyle G. M.， Whittaker A. K.， Thurecht K. J.， J. Am. Chem. Soc.， 2014， 136（6）， 2413—2419
49	Zhang C.， Peng H.， Puttick S.， Searles D.， Whittaker A.， Moonshi S. S.， Han Y. X.， Puttick S.， Peng H.， Abel M. B. J.， Reid J. C.， Bernardi S.， Searles D. J.， Král P.， Whittaker A. K.， Macromolecules， 2017， 50， 5953—5963
50	Yuan Y.， Sun H. B.， Ge S. C.， Wang M. J.， Zhao H. X.， Wang L.， An L.， Zhang J.， Zhang H. F.， Hu B.， Wang J. F.， Liang G. L.， ACS Nano， 2015， 9（1）， 761—768
51	Zheng Z.， Sun H. B.， Hu C.， Li G. Y.， Liu X. M.， Chen P. Y.， Cui Y. S.， Liu J.， Wang J. F.， Liang G. L.， Anal. Chem.， 2016， 88（6）， 3363—3368
52	Bouchoucha M.， van Heeswijk R. B.， Gossuin Y.， Kleitz F.， Fortin M. A.， Langmuir， 2017， 33（40）， 10531—10542
53	Hu Y. X.， Wang Y. Q.， Wen X. D.， Pan Y. F.， Cheng X.， An R. B.， Gao G. D.， Chen H. Y.， Ye D. J.， Research， 2020， 2020， 4087069
54	Ding Z. L.， Sun H. B.， Ge S. C.， Cai Y.， Yuan Y.， Hai Z. J.， Tao T. X.， Hu J. M.， Hu B.， Wang J. F.， Liang G. L.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 29（43）， 1903860

	Advantage	Disadvantage
¹H MRI	High sensitivity， high imaging signal	High background， low contrast
¹⁹F MRI	Low background noise， high selectivity	Low sensitivity

	Advantage	Disadvantage
¹H MRI	High sensitivity， high imaging signal	High background， low contrast
¹⁹F MRI	Low background noise， high selectivity	Low sensitivity

[1]	LI Ao, LI Lingxuan, ZUO Cuicui, CHEN Chuankai, FAN Yifan, BU Yifan, LIN Hongyu, GAO Jinhao. Boronate-based ¹⁹F NMR/MRI Molecular Probe for Activatable Deep-tissue Imaging of Reactive Oxygen Species [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220545.
[2]	YU Qian, HE Yingfang, CHEN Yuan, YANG Wenjiang, ZHANG Chun, LU Jie. Preparation and Biological Evaluation of ^99mTc-labeled Pteroyl-lys Derivatives^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(12): 2446.
[3]	Lü Feng, LI Yan-Zhou, WU Li, LIU Tian-Jun*. Galactose Substituted Phthalocyanines for Tumor Imaging as Near-infrared Fluorescence Probe [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2011, 32(5): 1010.
[4]	ZHANG Xian-Zhong, TIAN Yan-Cong, WANG Xue-Bin, LUO Qian . Uptake of ^99mTcN-MIBI in Tumor Cells in vitro and the Comparison of it with ^99mTc-MIBI [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2003, 24(10): 1742.