近紅外二區(qū)磷光成像新進(jìn)展

2021.9.30

　　當(dāng)前，近紅外二區(qū)（NIR-II，1000-1700nm）熒光成像在生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究和腫瘤術(shù)中精準(zhǔn)切除等臨床轉(zhuǎn)化方面展現(xiàn)出應(yīng)用前景。相較于近紅外一區(qū)（NIR-I，700-1000 nm），近紅外二區(qū)熒光成像具備的在生物體內(nèi)散射低、組織穿透深且成像分辨率高的優(yōu)勢，使其被視為頗具發(fā)展?jié)摿Φ挠跋窦夹g(shù)。

　　然而，受限于熒光成像的固有缺點(diǎn)，如較小的斯托克斯（Stokes）位移和較短的光學(xué)壽命，近紅外二區(qū)熒光成像在動(dòng)物活體內(nèi)高分辨、高質(zhì)量的實(shí)時(shí)成像效果尚不理想，仍有較大的提高空間。如何進(jìn)一步從成像探針和成像方法方面，重新思考與設(shè)計(jì)近紅外二區(qū)成像，是突破現(xiàn)有近紅外二區(qū)成像生物應(yīng)用瓶頸的關(guān)鍵。

　　近日，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員胡振華、武漢理工大學(xué)副研究員常柏松、中科院上海藥物研究所教授程震、武漢理工大學(xué)教授孫濤壘合作，創(chuàng)新性地開發(fā)出近紅外二區(qū)磷光成像（NIR-II phosphorescent imaging）探針及技術(shù)，首次將磷光拓展到近紅外二區(qū)區(qū)域，為探索面向重大疾病的特異性成像提供了新思路和新策略，為疾病的在體早期診斷、術(shù)中導(dǎo)航治療提供了新的強(qiáng)有力的工具。相關(guān)成果（A phosphorescent probe for in vivo imaging in the near-infrared II window）發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上。

　　本研究通過金屬離子交換機(jī)理，制備出具有空心結(jié)構(gòu)的CuISe納米管，利用氫鍵誘導(dǎo)的受限自組裝原理，改變了納米探針的受激態(tài)衰減過程，將近紅外二區(qū)（最大發(fā)射峰在1130nm左右）磷光探針CuISe納米管的熒光壽命從73ns延長到336μs?；贑ISe納米探針的熒光-磷光轉(zhuǎn)變機(jī)理，本研究還開展了小動(dòng)物活體實(shí)時(shí)近紅外二區(qū)磷光成像實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正常組織的背景噪聲得到明顯抑制，近紅外二區(qū)磷光成像具有顯著的腫瘤特異性。尾靜脈注射CISe納米探針24h后，腫瘤的信噪比可達(dá)190，血管分辨率可達(dá)7.6μm，顯示出近紅外二區(qū)磷光成像具有在動(dòng)物活體內(nèi)高分辨、高質(zhì)量實(shí)時(shí)成像的能力。

　　近紅外二區(qū)成像技術(shù)具有頗高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。此前，中科院分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及合作團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)了近紅外二區(qū)熒光成像的臨床轉(zhuǎn)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)成像技術(shù)相比，使用近紅外二區(qū)熒光成像能夠發(fā)現(xiàn)更多的腫瘤原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶，相關(guān)成果發(fā)表在Nature Biomedical Engineering上，而此次研究進(jìn)一步把磷光拓展到近紅外二區(qū)區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)腫瘤及血管更高分辨率、更高對比度、更大穿透深度的成像，在腫瘤更高特異性的早期精準(zhǔn)診斷與術(shù)中熒光引導(dǎo)腫瘤精準(zhǔn)切除等臨床應(yīng)用中看得更深、看得更清，對于繼續(xù)推動(dòng)近紅外二區(qū)成像技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化工作具有重要意義。

　　研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等的資助。