第一作者：Peiyuan Wang
通訊作者：張凡、范靈玲
通訊單位：復(fù)旦大學(xué)
研究亮點(diǎn)：
利用近紅外二區(qū)熒光探針，結(jié)合化學(xué)自組裝，實(shí)現(xiàn)了探針在腫瘤內(nèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定標(biāo)記，極大的提高了光學(xué)成像的信噪比。
手術(shù)切除通常是惡性腫瘤最常見(jiàn)和最有效的治療方法之一。然而外科醫(yī)生觸診和目視檢查并不足以區(qū)分惡性和正常的組織類型，因此可能導(dǎo)致不完全切除或健康組織不必要地切除。相比于術(shù)前影像學(xué)檢查及手術(shù)中視覺(jué)檢查及觸診，活體熒光成像技術(shù)由于在具有實(shí)時(shí)性、高分辨率、高特異性等檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，為手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域提供了精準(zhǔn)、安全、無(wú)創(chuàng)的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)的可見(jiàn)光區(qū)（400-750 nm）和近紅外一區(qū)（NIR-I, 750-900 nm）熒光，由于其組織穿透深度較淺和嚴(yán)重的自體熒光干擾，極大地限制了熒光成像技術(shù)在腹腔以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移病灶在手術(shù)導(dǎo)航中的應(yīng)用。此外，手術(shù)切除過(guò)程中需要熒光探針具有長(zhǎng)效的腫瘤內(nèi)滯留時(shí)間和光穩(wěn)定性。然而臨床常用的吲哚菁綠和亞甲基藍(lán)在腫瘤內(nèi)滯留時(shí)間較短，而且容易在光照的條件下發(fā)生光漂白進(jìn)而失去熒光信號(hào)。
有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)張凡教授與范靈玲副主任醫(yī)師通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作，利用活體內(nèi)自組裝的近紅外二區(qū)納米探針提升了卵巢癌轉(zhuǎn)移灶的手術(shù)導(dǎo)航。
圖1近紅外二區(qū)熒光成像導(dǎo)航手術(shù)切除流程示意圖
作者利用近紅外二區(qū)熒光探針（NIR-II, 1000-1700 nm）的深組織穿透和低自體熒光優(yōu)勢(shì)，合成NIR II 下轉(zhuǎn)換稀土納米顆粒（DCNPs），在其表面分別修飾配對(duì)DNA（L1/L2）和靶向蛋白（FSHβ），結(jié)合化學(xué)自組裝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了探針在腫瘤內(nèi)的長(zhǎng)期穩(wěn)定標(biāo)記，極大的提高了光學(xué)成像的信噪比。
該探針?lè)肿酉啾扔谂R床批準(zhǔn)的吲哚菁綠具有更強(qiáng)的光穩(wěn)定性和組織穿透深度（8 mm）。在腫瘤處的自組裝可以對(duì)腫瘤進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)的穩(wěn)定標(biāo)記。超高的信噪比可以用來(lái)搞笑的標(biāo)記卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移模型中的微小病變。≤ 1 mm的轉(zhuǎn)移灶可以在近紅外成像指導(dǎo)下成功的徹底切除。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移早期病變以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移腫瘤在熒光成像指導(dǎo)下精準(zhǔn)切除，為該技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了可能。
作者通過(guò)靶向蛋白和互補(bǔ)DNA的修飾制備所得的探針?lè)肿樱?jīng)過(guò)兩針依次注射后，由于探針?lè)肿恿叫。梢酝ㄟ^(guò)肝臟和腎臟清除且只在腫瘤處發(fā)生組裝，因此可以獲得6 小時(shí)穩(wěn)定的腫瘤標(biāo)記和高達(dá)12.5 的信噪比，因此在此時(shí)間段內(nèi)，卵巢癌的轉(zhuǎn)移灶可以被徹底切除（圖1）。
修飾完畢的近紅外二區(qū)熒光探針?lè)肿涌梢栽隗w外發(fā)生組裝，與臨床批準(zhǔn)的ICG相比，抗光漂白，具有很好的光穩(wěn)定性。最重要的是近紅外二區(qū)熒光探針?lè)肿酉啾扔趥鹘y(tǒng)的近紅外一區(qū)熒光探針?lè)肿覫CG具有更高的穿透深度以及信噪比以便于腹腔腫瘤的成像（圖2）。
圖2 近紅外二區(qū)探針?lè)肿拥捏w外自組裝
相比于傳統(tǒng)的一針注入法，本研究采用的兩針依次注射可以在腫瘤處發(fā)生自組裝，腫瘤可以在第一針注射20~28 小時(shí)被持續(xù)點(diǎn)亮；相比于一針注入法，兩者依次注射具有相似的肝臟、尿液、血液的快速清除，與此同時(shí)具備高達(dá)倍的腫瘤滯留以及超高的信噪比。利用熒光共振能量轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)在次證明了腫瘤內(nèi)自組裝現(xiàn)象的存在，同時(shí)與其他的主動(dòng)靶向、被動(dòng)靶向和單針預(yù)組裝組相比具有優(yōu)異的信噪比（圖3）。
圖3 近紅外二區(qū)探針?lè)肿拥捏w內(nèi)自組裝
本研究中可以發(fā)現(xiàn)在20~28小時(shí)腫瘤可以被持續(xù)點(diǎn)亮，對(duì)同一只老鼠進(jìn)行傳統(tǒng)的核磁共振成像實(shí)驗(yàn)后，與此時(shí)間段內(nèi)的近紅外二區(qū)熒光成像相比，在20~26 小時(shí)內(nèi)，近紅外二區(qū)熒光成像所獲得的腫瘤輪廓與核磁共振成像結(jié)果吻合（圖4）。
圖4體內(nèi)自組裝后的最優(yōu)手術(shù)時(shí)間窗口
同時(shí)對(duì)腫瘤內(nèi)的探針?lè)肿拥暮窟M(jìn)行分析得出此時(shí)間段內(nèi)腫瘤內(nèi)探針?lè)肿雍炕颈３植蛔儯C明了腫瘤內(nèi)自組裝具有一個(gè)長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)的“最優(yōu)手術(shù)窗口”。在此窗口，熒光成像導(dǎo)航手術(shù)切除的腫瘤可以明顯觀潮到腫瘤與正常組織的邊界。同時(shí)在臨床批準(zhǔn)的ICG濃度下，腫瘤依然可以被徹底切除，證明了改技術(shù)可以被進(jìn)一步用于臨床（圖4）。
對(duì)于卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移模型中，大的轉(zhuǎn)移灶以及肉眼不可見(jiàn)的轉(zhuǎn)移灶都可以在近紅外二區(qū)熒光成像指導(dǎo)下徹底切除，證明了該方法的有效性。對(duì)于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移模型也進(jìn)行了近紅外二區(qū)熒光成像以及成像指導(dǎo)小的手術(shù)切除，在次證明了該技術(shù)可以淋巴結(jié)處的轉(zhuǎn)移灶進(jìn)行清掃，大大減少癌癥復(fù)發(fā)（圖5）。
圖5近紅外二區(qū)熒光成像導(dǎo)航手術(shù)切除
總之，該工作利用近紅外二區(qū)熒光探針?lè)肿痈叩慕M織穿透性、高信噪比，結(jié)合活體內(nèi)自組裝，實(shí)現(xiàn)了卵巢癌腹膜轉(zhuǎn)移灶等的手術(shù)導(dǎo)航切除。該手段為其他一些腹腔惡性轉(zhuǎn)移腫瘤，例如肝癌的位置探測(cè)和手術(shù)切除提供了借鑒。
參考文獻(xiàn)：
Wang P, Fan Y, Lu L, et al. NIR-II nanoprobes in-vivo assembly to improve image-guided surgery for metastatic ovarian cancer[J]. Nature Communications, 2018.
DOI: 10.1038/s41467-018-05113-8
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05113-8
