近年来,棕色脂肪作为一种可以进行适应性产热的组织,被众多相关研究确认为一种有望解决肥胖、糖尿病、和相关代谢疾病的明星靶点。对棕色脂肪进行成像并做定性定量的分析可以为疾病通路研究、药物筛选、和药效评估提供有力的工具。目前在人体棕色脂肪成像中应用较为广泛的是PET/CT和磁共振成像,但这两种方法由于扫描时间长,成本昂贵等等的局限性,不适用于大规模临床前小动物成像研究。因此,发展一种适用于临床前高通量、高质量的棕色脂肪成像方法具有很高的研究价值和广阔的应用前景。相比现有方法,荧光成像具有高的灵敏度、可实时动态观测、扫描速度快、成本低廉、无放射性等特点,使其在临床前小动物成像中具有独特的优势和前景。其中,荧光聚合物纳米探针是一类新兴的荧光成像探针。这类探针的荧光稳定性好、亮度高、合成简便、安全性高,今年来在生物医学成像领域受到了广泛的应用。我们在本研究中发展了一种基于近红外荧光聚合物纳米探针的棕色脂肪活体成像方法。主要研究部分为:(1)荧光聚合物纳米探针的设计、合成与表征;(2)脂肪干细胞成像与细胞标记率探究;(3)小鼠棕色脂肪活体成像应用及大小鼠棕色脂肪组织活体共聚焦内窥镜成像;(4)棕色脂肪成像组织学验证分析。采用纳米共沉淀法,我们合成了一系列基于两种荧光共轭聚合物的纳米探针(MEH-PPV或PFBT)。这些纳米探针具有不同的尺寸和表面修饰,且通过掺杂近红外染料NIR-775,可以与共轭聚合物构建形成荧光共振能量转移系统,实现近红外荧光发射。为了探究和比较荧光聚合物纳米探针的棕色脂肪成像性能,我们设计了从细胞层次到组织层次,再到活体层次的纵向多尺度成像实验和分析。利用脂肪干细胞mADSC,观测了聚合物纳米探针在细胞层次的摄取、分布和材料标记率;利用探头式激光共聚焦内窥镜、光片显微镜等成像技术观察了纳米探针在组织学水平的动态实时和静态分布;利用小动物荧光成像系统对棕色脂肪活体成像的效果进行了定性定量的评估。实验结果和推断均通过组织学免疫分析进行了进一步的验证。研究结果显示,两种水合粒径较小的(约30nm)荧光聚合物纳米探针MEH-PPV-COOH-30和PFBT-COOH-30具有突出的棕色脂肪成像能力。在经尾静脉注射MEH-PPV-COOH-30或PFBT-COOH-30 5分钟后,小鼠的肩胛部位棕色脂肪和腋下棕色脂肪处即可被成像。此外,腹股沟白色脂肪处也可以收集到荧光信号。肩胛部位棕色脂肪与腿部肌肉信号强度比可达2.5以上。探头式激光共聚焦内窥镜实时记录了在大小鼠活体状态下两种聚合物纳米探针在棕色脂肪区域中血管内的流动、富集、逸散过程:MEH-PPV-COO-30或PFBT-COOH-30能够通过血液循环到达棕色脂肪区域,并在组织的血管中流动与富集,且大量探针可以从血管逸散到周围的脂肪组织中,这一结果从组织学分辨率层面证实了探针在小鼠全身棕色脂肪区域有很强的富集能力。光片显微镜结果显示了小鼠不同脂肪组织三维层面的探针分布情况:在肩胛部位,探针在棕色脂肪区域的选择性分布明显高于白色脂肪区域。在腹股沟脂肪组织,探针则主要富集于该处的血管网络中。此外,聚合物纳米探针对棕色脂肪的选择性成像还通过一系列的组织学免疫分析得到了一致性的证实。本研究中,MEH-PPV-COO-30和PFBT-COOH-30对大小鼠棕色脂肪的成像效果在细胞层次、组织学层次、活体层次的纵向多尺度得到了系统的验证,且小动物棕色脂肪成像实验均在室温下进行,没有经过低温处理和激素刺激。基于现有实验结果,我们相信此类荧光聚合物纳米探针有望发展为一种可以实现棕色脂肪活体成像的有力工具。