Early diagnosis probes that combine fluorescence, X-ray computed tomography (CT) and magnetic resonance (MR) imagings are anticipated to give three dimensional (3D) details of tissues and cells of high resolution and sensitivity. However, how to combine these three modalities together within a sub-50 nm sized structure is technically challenging. Here we report a trimodal imaging probe of PEGylated NaY/GdF4: Yb, Er, Tm @SiO2[email protected]5000 nanopaticles of uniform size of less than 50 nm. The as-designed nanoprobes showed (1) strong emissions ranging from the visible (Vis) to near infrared (NIR) for fluorescent imaging, (2) T1-weighted MRI by shorting T1 relaxation time and (3) enhanced HU value as a CT contrast agent. The structure was optimized based on a comprehensive investigation on the influence of the distance between the NaY/GdF4: Yb, Er, Tm core and Au nanoparticles (NPs) at the surface. The potential of trimodal imaging for cancerous cells and lesions was further demonstrated both in vitro and in vivo.

Most hypoxic tumors are insensitive to radiation, which is a major obstacle in the development of conventional radiotherapy for tumor treatment. Some drugs, such as cisplatin (CDDP), have been extensively used both as an anticancer drug and clinically as a radiosensitizer to enhance radiotherapy. Herein, we develop rattle-structured multifunctional up-conversion core/porous silica shell nanotheranostics (UCSNs) for delivering CDDP to tumors for synergetic chemo-/radiotherapy by CDDP radiosensitization and magnetic/luminescent dual-mode imaging. UCSNs had a dynamic light scattering diameter of 79.1 nm and excellent water dispersity and stability. In vitro studies showed that CDDP loaded in UCSNs (UCSNs-CDDP) was more effective than free CDDP as a radiosensitizer. After injection, UCSNs-CDDP also demonstrated unambiguously enhanced radiotherapy efficacy in vivo. Our report aims at presenting a novel strategy in biomedical nanotechnology that allows simultaneous dual-mode imaging and localized therapy via synergetic chemo-/radiotherapy, which may achieve optimized therapeutic efficacy in cancer treatment.

Surgical resection, one of the main clinical treatments of intracranial glioblastoma, bears the potential risk of incomplete excision due to the inherent infiltrative character of the glioblastoma. To maximize the accuracy of surgical resection, the magnetic resonance (MR) and fluorescence imaging are widely used for the tumor preoperative diagnosis and intraoperative positioning. However, present commercial MR contrast agents and fluorescent dyes can only function for single mode of imaging and are subject to poor blood–brain barrier (BBB) permeability and nontargeting-specificity, resulting in the apparent risks of inefficient diagnosis and resection of glioblastoma. Considering the unique MR/upconversion luminescence (UCL) bimodal imaging feature of upconversion nanoparticles (UCNPs), herein, we have developed a dual-targeting nanoprobe (ANG/PEG-UCNPs) to cross the BBB, target the glioblastoma, and then function as a simultaneous MR/NIR-to-NIR UCL bimodal imaging agent, which showed a much enhanced imaging performance in comparison with the clinically used single MRI contrast (Gd-DTPA) and fluorescent dye (5-ALA). Moreover, their biocompatibility, especially to brains, was systematically assessed by the histological/hematological examination, indicating a negligible in vivo toxicity. As a proof-of-concept, the ANG/PEG-UCNPs hold the great potential in MR diagnosis and fluorescence positioning of glioblastoma for the efficient tumor surgery.

: The emergence of two-dimensional MXenes has spurred their versatile applications in broad fields, but the exploring of novel MXene-based family members and their potential applications in theranostic nanomedicine (concurrent diagnostic imaging and therapy) have been rarely explored. In this work, we report the construction of a novel superparamagnetic MXene-based theranostic nanoplatform for efficient breast-cancer theranostics, which was based on intriguing tantalum carbide (Ta

Motivation: The unique microenvironment of tumors making detection of microenvironmental alterations a valuable asset for early diagnosis of tumors. Goal(s): This study focuses on exploring impact of Fe3O4 NPs on changes in the tumor microenvironment's acidity. Approach: By combining them with CEST exogenous contrast agent, we evaluated the feasibility of dual-contrast imaging. Results: In vitro MRI results suggest that Fe3O4 NPs can act as stable reference agents under varying pH conditions, providing negative contrast for T2-weighted MRI. The CEST effect shows a strong correlation with pH, allowing for quantitative assessment of pH shifts in tumor microenvironment, and can be controlled by adjusting Fe3O4 concentration. Impact: These preliminary findings represent an initial stride toward dual-contrast imaging involving CEST and T2 contrast agents, with the potential for further expansion in future in vivo investigations.

Motivation: 21-gene assay is recommend to guide decision on the use of adjuvant chemotherapy. However, this test is expensive and time-consuming, so it is not widely used in clinic. Goal(s): To develop a radiomics model for predicting 21-gene recurrence score based on MRI intratumoral and peritumoral features. Approach: Prediction models in tumor and different peritumoral regions (2 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm) were established using machine learning method. Feature-fusion and logistics-regression methods were used to fuse information. Results: Combining 4-mm peritumoral model on T2WI (AUC = 0.66) with intratumoral and clinical-imaging features, the fusion model performed best (AUC = 0.75). Impact: To provide an alternative for patients who cannot afford Oncotype 21-gene assay and to reduce the medical costs for those who could afford it.