张凡：活体内自组装的近红外二区纳米探针用作增强卵巢癌转移灶的手术导航

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研究亮点：

利用近红外二区荧光探针，结合化学自组装，实现了探针在肿瘤内的长期稳定标记，极大的提高了光学成像的信噪比。

手术切除通常是恶性肿瘤最常见和最有效的治疗方法之一。然而外科医生触诊和目视检查并不足以区分恶性和正常的组织类型，因此可能导致不完全切除或健康组织不必要地切除。相比于术前影像学检查及手术中视觉检查及触诊，活体荧光成像技术由于在具有实时性、高分辨率、高特异性等检测优势，为手术导航技术领域提供了精准、安全、无创的应用前景。

传统的可见光区（400-750 nm）和近红外一区（NIR-I, 750-900 nm）荧光，由于其组织穿透深度较浅和严重的自体荧光干扰，极大地限制了荧光成像技术在腹腔以及淋巴结转移病灶在手术导航中的应用。此外，手术切除过程中需要荧光探针具有长效的肿瘤内滞留时间和光稳定性。然而临床常用的吲哚菁绿和亚甲基蓝在肿瘤内滞留时间较短，而且容易在光照的条件下发生光漂白进而失去荧光信号。

有鉴于此，复旦大学张凡教授与范灵玲副主任医师通过团队合作，利用活体内自组装的近红外二区纳米探针提升了卵巢癌转移灶的手术导航。

作者利用近红外二区荧光探针（NIR-II, 1000-1700 nm）的深组织穿透和低自体荧光优势，合成NIR II 下转换稀土纳米颗粒（DCNPs），在其表面分别修饰配对DNA（L1/L2）和靶向蛋白（FSHβ），结合化学自组装设计实现了探针在肿瘤内的长期稳定标记，极大的提高了光学成像的信噪比。

该探针分子相比于临床批准的吲哚菁绿具有更强的光稳定性和组织穿透深度（8 mm）。在肿瘤处的自组装可以对肿瘤进行长达6小时的稳定标记。超高的信噪比可以用来搞笑的标记卵巢癌腹膜转移模型中的微小病变。≤ 1 mm的转移灶可以在近红外成像指导下成功的彻底切除。同时，实现了卵巢癌腹膜转移早期病变以及淋巴结转移肿瘤在荧光成像指导下精准切除，为该技术的临床转化应用提供了可能。

作者通过靶向蛋白和互补DNA的修饰制备所得的探针分子，经过两针依次注射后，由于探针分子粒径小，可以通过肝脏和肾脏清除且只在肿瘤处发生组装，因此可以获得6 小时稳定的肿瘤标记和高达12.5 的信噪比，因此在此时间段内，卵巢癌的转移灶可以被彻底切除。

修饰完毕的近红外二区荧光探针分子可以在体外发生组装，与临床批准的ICG相比，抗光漂白，具有很好的光稳定性。最重要的是近红外二区荧光探针分子相比于传统的近红外一区荧光探针分子ICG具有更高的穿透深度以及信噪比以便于腹腔肿瘤的成像。

相比于传统的一针注入法，本研究采用的两针依次注射可以在肿瘤处发生自组装，肿瘤可以在第一针注射20~28 小时被持续点亮；相比于一针注入法，两者依次注射具有相似的肝脏、尿液、血液的快速清除，与此同时具备高达倍的肿瘤滞留以及超高的信噪比。利用荧光共振能量转移实验在次证明了肿瘤内自组装现象的存在，同时与其他的主动靶向、被动靶向和单针预组装组相比具有优异的信噪比。

本研究中可以发现在20~28小时肿瘤可以被持续点亮，对同一只老鼠进行传统的核磁共振成像实验后，与此时间段内的近红外二区荧光成像相比，在20~26 小时内，近红外二区荧光成像所获得的肿瘤轮廓与核磁共振成像结果吻合。

同时对肿瘤内的探针分子的含量进行分析得出此时间段内肿瘤内探针分子含量基本保持不变，证明了肿瘤内自组装具有一个长达6小时的“最优手术窗口”。在此窗口，荧光成像导航手术切除的肿瘤可以明显观潮到肿瘤与正常组织的边界。同时在临床批准的ICG浓度下，肿瘤依然可以被彻底切除，证明了改技术可以被进一步用于临床。

对于卵巢癌腹膜转移模型中，大的转移灶以及肉眼不可见的转移灶都可以在近红外二区荧光成像指导下彻底切除，证明了该方法的有效性。对于淋巴结转移模型也进行了近红外二区荧光成像以及成像指导小的手术切除，在次证明了该技术可以淋巴结处的转移灶进行清扫，大大减少癌症复发。

总之，该工作利用近红外二区荧光探针分子高的组织穿透性、高信噪比，结合活体内自组装，实现了卵巢癌腹膜转移灶等的手术导航切除。该手段为其他一些腹腔恶性转移肿瘤，例如肝癌的位置探测和手术切除提供了借鉴。

参考文献：

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