近紅外熒光雙模態(tài)成像在腫瘤診療研究中的應(yīng)用
目前，近紅外（NIR，650-1700 nm）成像已成為腫瘤診斷的有力方法，尤其是近紅外一區(qū)（NIR-I，650-950 nm）熒光成像因其高量子效率和良好的生物相容性而受到廣泛關(guān)注。將NIR-I熒光成像與其他成像方式進(jìn)行結(jié)合的雙模態(tài)成像，在近幾年也逐漸成為研究熱點(diǎn)，因其能夠克服傳統(tǒng)單一成像方式的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的協(xié)同成像效果，在腫瘤治療診斷中具有巨大的應(yīng)用潛力。
表1. 不同生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)特性對(duì)比
將NIR-I熒光成像與其他成像方式進(jìn)行結(jié)合，如與核醫(yī)學(xué)成像（NMI）、磁共振成像（MRI）、計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）以及光聲成像 （PAI）結(jié)合，可提供更加智能的解決方案。
中南大學(xué)曾文彬教授團(tuán)隊(duì)總結(jié)了近5年來與NIR-I熒光探針相關(guān)的腫瘤雙模態(tài)成像研究進(jìn)展，包括不同類型探針的設(shè)計(jì)策略和代表性案例。希望這篇分享能夠引起相關(guān)領(lǐng)域研究人員的更多興趣，為生物醫(yī)學(xué)多模態(tài)成像在癌癥診斷中的發(fā)展提供思路。- 近紅外熒光成像/核醫(yī)學(xué)成像（NIR-I/NMI）
NMI已被普遍用于癌癥診斷，主要包括：?jiǎn)喂庾影l(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描（SPECT）和正電子發(fā)射斷層掃描（PET）。金屬或非金屬放射性核素通常用作示蹤劑以生成圖像，因此，商業(yè)化的 NMI 探針通常是放射性標(biāo)記的分子。一些雙模態(tài)成像技術(shù)，如PET/CT和PET/MRI，目前已被應(yīng)用于臨床，具有將功能信息與解剖學(xué)信息或軟組織信息整合起來進(jìn)行診斷評(píng)估的優(yōu)勢(shì)。然而，除了高輻射暴露和相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)問題，這些成像方案對(duì)癌癥早期微小病變的診斷有困難，這阻礙了其進(jìn)一步應(yīng)用。
相比之下，NIR-I熒光成像具有高靈敏度但毒性顯著降低的特點(diǎn)，與單一NMI 或其他以NMI為基礎(chǔ)的雙模態(tài)探針相比，NIR-I/NMI 探針能夠以較低的劑量在腫瘤的早期診斷中提供更好的圖像。NIR-I和NMI的結(jié)合可以克服單一模態(tài)成像的障礙，實(shí)現(xiàn)輻射負(fù)擔(dān)小、穿透深度不受限制的成像結(jié)果。
圖1. 利用雙模態(tài)探針111In-Wazaby9-Trastu 對(duì)荷有HCC1954細(xì)胞HER-2+ 皮下腫瘤的小鼠進(jìn)行NIR熒光成像和SPECT/CT成像。
圖2. 利用一種具有內(nèi)在熒光能力的NIR-I/PET雙模態(tài)探針Dox-CuPoP對(duì)攜帶原位4T1乳腺腫瘤的小鼠進(jìn)行體內(nèi)PET成像（左）、熒光成像（右），可在荷瘤小鼠體內(nèi)觀察到探針積累；此外，在 665 nm光（200 J/cm2）照射下，用Dox-CuPoP進(jìn)行化學(xué)光療治療可強(qiáng)烈抑制4T1原位腫瘤的生長(zhǎng)。
- 近紅外熒光成像/磁共振成像（NIR-I/MRI）
圖3. 注射治療性納米復(fù)合材料MUCNPs@BPNs-Ce6后不同時(shí)間，Hela荷瘤小鼠體內(nèi)腫瘤的MR圖像（左）和MR信號(hào)強(qiáng)度（中）以及熒光圖像（右）。結(jié)果表明，該探針可作為一種良好的診療劑，同步進(jìn)行針對(duì)腫瘤的NIR-I/MRI成像以及提供高效的光動(dòng)力治療（PDT）和光熱治療（PTT）。
- 近紅外熒光成像/光聲成像（NIR-I/PAI）
圖4. 注射AS-Cy-NO2后，4T1荷瘤裸鼠缺氧時(shí)的體內(nèi)比率熒光成像（左）和光聲成像（右）。
- 近紅外熒光成像/計(jì)算機(jī)斷層成像（NIR-I/CT）
隨著技術(shù)的進(jìn)步，除傳統(tǒng)的二維熒光成像外，三維近紅外熒光成像與CT的結(jié)合可最大程度發(fā)揮這兩類成像方式的優(yōu)勢(shì)。例如，一種將三維近紅外熒光斷層掃描與CT相結(jié)合的多模態(tài)成像系統(tǒng)FLECT/CT，可以在單次采集過程中，同步收集活體小鼠深層組織的熒光與CT數(shù)據(jù)，進(jìn)行全角度的3D斷層成像，使結(jié)果更加接近體內(nèi)真實(shí)情況，同時(shí)滿足研究人員對(duì)精確定位與定量分析的需求，有助于快速篩選NIR-I/CT小分子探針及納米探針。
圖5. 對(duì)注射不同探針樣品后24 h和48 h的LLC荷瘤小鼠進(jìn)行3D熒光斷層成像，對(duì)探針在腫瘤中的積累進(jìn)行相對(duì)定量分析。
圖6. 利用激光激發(fā)小鼠體內(nèi)的NIR-I探針，F(xiàn)LECT/CT系統(tǒng)的探測(cè)器以環(huán)繞方式收集發(fā)射光信號(hào)：①隨著機(jī)體位置的不斷改變，完成從3D采集、重建到可視化分析的全方位掃描分析過程；②同軸一體的CT功能為熒光信號(hào)提供精確的解剖學(xué)參考；③與PET或SPECT相比，F(xiàn)LECT 技術(shù)可提供一種無放射性同位素標(biāo)記的光學(xué)成像，在不損失靈敏度和準(zhǔn)確度的情況下，有效提高安全性，同時(shí)降低成本。
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