第一作者：Zhenhua Hu、Cheng Fang、Bo Li、Zeyu Zhang
通訊作者：田捷、Zhen Cheng、Sanjiv Sam Gambhir在近紅外窗口I（NIR-I，700-900nm）中的熒光成像具有許多優(yōu)勢，特別是高時空分辨率，這是其他成像方式無法提供的。除了幾種常規(guī)的小分子NIR染料（如亞甲基藍，熒光素鈉和吲哚菁綠（ICG））已獲得FDA批準用于常規(guī)臨床使用外，許多分子靶向熒光探針已被開發(fā)并正在進行積極的臨床評估中，如葉酸受體α靶向熒光探針葉酸-FITC，與靶向c-MET光學探針GE-137和靶向表皮生長因子受體探針CetuximabIRDye800CW。因此，NIR-I熒光成像是用于臨床應用的有前景的方法。盡管NIR-I成像比可見光波長下的成像性能要好，但是光學成像研究的最新進展表明，通過在第二個NIR窗口（NIR-II，1,000-1,700nm）中進行檢測，可以更好地提高活體的成像質(zhì)量。這主要歸因于組織自體熒光減弱、光子散射減弱以及較長波長的光子吸收水平較低。在使用NIR-II窗口時，包括對厘米組織的光探測、毫米深度的微米分辨率和高對比度，這些性能得到顯著提高且可以實時實現(xiàn)。盡管已經(jīng)開發(fā)了多種NIR-II光學探針，包括納米粒子，有機聚合物和小分子染料，但尚未在臨床中進行測試，這主要是因為缺少合適的成像儀器和光學探頭。最近，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)常規(guī)的NIR-I染料ICG和IRDye800CW在NIR-II窗口中顯示出尾熒光，并且ICG還被證明適用于小動物模型中的高性能NIR-II成像。這些發(fā)現(xiàn)為NIR-II影像的臨床轉(zhuǎn)化鋪平了道路。有鑒于此，中科院自動化研究所田捷研究員和斯坦福大學Sanjiv Sam Gambhir, Zhen Cheng等人開發(fā)了一種集成可見光和NIR-I/II多光譜成像儀，并在不同的紅外窗口下對其在人體和動物研究中的成像性能進行了表征。還報道了23例肝癌患者注射ICG后的可見光、NIR-I和NIR-II多光譜成像的首次人體研究，并比較了每例患者的NIR-I窗口和NIR-I窗口的成像性能，評價NIR-I和NIR-II引導手術(shù)在臨床上的應用潛力。
要點1：臨床術(shù)中肝癌成像和圖像引導手術(shù)NIR-II熒光成像的腫瘤與正常組織比率（TNR）或腫瘤背景比（TBR）顯著高于NIR-I熒光成像的。且NIR-II成像顯示出比NIR-I更高的腫瘤檢測靈敏度和陽性預測值。所有這些比較強烈表明，在臨床術(shù)中肝癌成像和圖像引導手術(shù)中，NIR-II成像比NIR-I更好。值得注意的是，NIR-I成像時是需要關(guān)燈的，而使用NIR-II成像的另一個優(yōu)點是它符合手術(shù)室照明的環(huán)境。NIR-II成像的這一功能為臨床應用提供了便利和可行性。
圖2. 原發(fā)性肝癌，肝內(nèi)轉(zhuǎn)移或肝外轉(zhuǎn)移患者的術(shù)中NIR-II / I成像
與目前的術(shù)前影像學檢查（超聲，MRI，CT）和術(shù)中影像學技術(shù)（超聲）相比，該研究表明手術(shù)中基于ICG的NIR-I/II熒光成像可以檢測到?jīng)]有明顯影像學特征的腫瘤病變。剖腹手術(shù)后，術(shù)中NIR-I / II熒光成像能夠檢測術(shù)前成像方式遺漏的病變，從而可以大大提高患者分期和治療的準確性。
圖3. 術(shù)中NIR-I / II熒光圖像引導的腫瘤切除將ICG用于NIR-I / II熒光成像有一些局限性，因為ICG是一種非靶向探針，它不能區(qū)分良性腫瘤和惡性腫瘤，并且其在其他組織中的積累可能導致假陽性。希望使用專門設(shè)計的靶向探針可以進一步提高NIR-II成像的性能。另外，盡管目前幾種基于IRDye800CW的探針是應用于NIR- I成像的，但它們?nèi)阅軌虍a(chǎn)生NIR-II熒光。因此，這些染料可以與靶向腫瘤的生物分子（例如單克隆抗體或肽）結(jié)合用于NIR-II成像，可以拓寬多光譜成像系統(tǒng)在癌癥和其他疾病檢測中的應用。
圖4. NIR-II和NIR-I成像的診斷結(jié)果綜上所述，研究人員開發(fā)并應用了一種高靈敏度和高分辨率的可見光和近紅外多光譜成像儀，用于癌癥患者術(shù)中近紅外成像。研究表明，NIR-II成像在臨床上比傳統(tǒng)的NIR-I成像更具優(yōu)勢，從而突出了術(shù)中NIR-I熒光成像和NIR-II圖像引導手術(shù)的潛在臨床應用價值。Hu, Z., Fang, C., Li, B. et al. First-in-human liver-tumour surgery guided by multispectral fluorescence imaging in the visible and near-infrared-I/II windows. Nat Biomed Eng (2019)doi:10.1038/s41551-019-0494-0https://doi.org/10.1038/s41551-019-0494-0
