當前，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，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)熒光成像在動物活體內(nèi)高分辨、高質(zhì)量的實時成像效果尚不理想，仍有較大的提高空間。如何進一步從成像探針和成像方法方面，重新思考與設(shè)計近紅外二區(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。基于CISe納米探針的熒光-磷光轉(zhuǎn)變機理，本研究還開展了小動物活體實時近紅外二區(qū)磷光成像實驗。實驗結(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190，血管分辨率可達7.6μm，顯示出近紅外二區(qū)磷光成像具有在動物活體內(nèi)高分辨、高質(zhì)量實時成像的能力。
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實驗室及合作團隊在國際上首次實現(xiàn)了近紅外二區(qū)熒光成像的臨床轉(zhuǎn)化。實驗結(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，而此次研究進一步把磷光拓展到近紅外二區(qū)區(qū)域，可以實現(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診斷與術(shù)中熒光引導(dǎo)腫瘤精準切除等臨床應(yīng)用中看得更深、看得更清，對于繼續(xù)推動近紅外二區(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研發(fā)計劃“納米科技”重點專項、國家自然科學(xué)基金等的資助。
關(guān)鍵詞： 自動化所 近紅外二區(qū)磷光成像 近紅外二區(qū)
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