Advanced Materials:近红外第二窗口荧光寿命成像用于原位肝肿瘤检测——活体疾病定量检测新思路

图1. (a)NIR-II荧光寿命探针结构示意图。(b)NIR-II荧光寿命探针响应肿瘤微环境寿命变化示意图。(c)NIR-II荧光寿命成像精准检测原位肝肿瘤。

近红外第二窗口(NIR-II,1000-1700 nm)由于组织穿透能力强,具有较低的组织吸收和散射,被广泛应用于非侵入式生物活体成像领域。稀土掺杂下转换纳米颗粒作为NIR-II成像造影剂,被广泛应用于生物体荧光成像、检测等领域。然而,由于生物组织对激发光与发射光的吸收和散射,荧光信号在穿透生物组织的过程中会发生不可避免的强度衰减,这成为了荧光成像定量检测的一大瓶颈问题。同时,肝脏对静脉注射的纳米颗粒具有较强的捕获能力,造成极高的荧光强度背景信号,这进一步提高了肝脏相关肿瘤的定性、定量检测难度。

针对以上问题,复旦大学张凡教授团队利用NIR-II区荧光寿命成像系统对原位肝肿瘤进行精准检测。作者选择NIR-II发光的钕掺杂稀土下转换纳米颗粒作为能量供体,活性氮物种敏感的染料MY-1057作为能量受体,构筑了稀土-染料Förster能量共振转移体系。探针的荧光寿命由表面受体MY-1057的数量决定,并且其荧光寿命在肿瘤微环境中过量的活性氮物种存在下发生线性恢复。值得关注的是,与荧光强度恢复曲线不同,荧光寿命恢复曲线在不同模拟组织穿透深度下保持高度一致。因此,荧光寿命探针可对肿瘤微环境中活性氮物种进行定量检测。活体成像实验结果表明,相比于低信噪比的荧光强度成像,荧光寿命成像可准确地将肝脏肿瘤与健康肝脏组织区分开,其结果与临床标准磁共振成像以及解剖结果高度吻合。这种基于荧光寿命成像原位检测新技术有望被广泛推广至其他活体内生物活性物质的定性、定量检测。

相关研究论文在线发表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202001172),题为“A Tumor-Microenvironment-Responsive Lanthanide-Cyanine FRET Sensor for NIR-II Luminescence-Lifetime In Situ Imaging of Hepatocellular Carcinoma”。张凡教授为论文的通讯作者,课题组的博士生赵梦瑶与李本浩博士为论文共同第一作者。