近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像應(yīng)用案例-稀土納米顆粒協(xié)助腫瘤切除手術(shù)

隨著人們的生活水平逐漸升高，人均壽命明顯延長(zhǎng)。隨之而來的是各種“長(zhǎng)壽病”的激增，腫瘤便是其中較為主要的一種。對(duì)于良性腫瘤，其與周邊組織界限明顯，因而手術(shù)時(shí)容易被徹底切除；但對(duì)于惡性腫瘤，其與周邊組織界限或不明顯，或已侵入周邊組織當(dāng)中，形成多個(gè)瘤塊，此時(shí)手術(shù)便不容易徹底切除。
 
為解決該問題，科研工作者和醫(yī)生嘗試對(duì)病灶進(jìn)行全方位成像，如CT、X射線、核磁共振等技術(shù)，已成為手術(shù)中不可或缺的輔助手段。是否能觀察、分辨出完整的病灶，極大地影響手術(shù)結(jié)果。但這些技術(shù)存在諸如輻射、耗時(shí)長(zhǎng)、不易對(duì)小范圍成像等問題，僅能在術(shù)前使用。因此即便到如今，腫瘤切除手術(shù)中仍主要以觸摸、肉眼觀察、醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)為主，而對(duì)于上面所述的惡性腫瘤或隱藏在組織內(nèi)部、深部的病灶，準(zhǔn)確、完整地剔除仍十分困難。在此背景下，開發(fā)一種高效、穩(wěn)定、無(wú)毒的術(shù)中成像技術(shù)就顯得尤為緊迫和重要。
 
 
Peiyuan Wang等人將目光聚焦在一些納米粒子的下轉(zhuǎn)換（Downconversion）特性上，使用稀土元素成功合成出下轉(zhuǎn)換納米顆粒（Downconversion nanoparticles, DCNPs）。下轉(zhuǎn)換是指材料在吸收高能光子（頻率高，波長(zhǎng)短）后，發(fā)射出低能光子（頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)）的現(xiàn)象。文章中的DCNPs能夠吸收808 nm的近紅外一區(qū)（NIR-I，650 – 900 nm）光線，并發(fā)射出波長(zhǎng)大于1000 nm的近紅外二區(qū)（NIR-II，900 – 1700 nm）光線。通過使用InGaAs CCD相機(jī)，就能夠獲取NIR-II光信號(hào)，從而獲得成像。之所以使用NIR-II光線，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)熒光成像所處的可見光和NIR-I光線成像深度小，這對(duì)于深部病灶仍然不能得到根本解決。而該文章中所合成的DCNPs具有深達(dá)8 mm的成像深度，并能夠持續(xù)在體內(nèi)滯留6小時(shí)，可適用于許多手術(shù)過程。
 
于此同時(shí)，文章作者通過在DCNPs表面修飾特定的DNA鏈和目標(biāo)多肽，增強(qiáng)DCNPs對(duì)于腫瘤的靶向性，同時(shí)修飾兩種不同的DNA鏈以兩次注射的形式注入小鼠體內(nèi)，使更多的納米顆粒能夠聚集在腫瘤部位，從而達(dá)到增加腫瘤：組織信號(hào)強(qiáng)度比的目的。信噪比的增加使得成像分辨率進(jìn)一步增加，因而對(duì)于小于1 mm的瘤體也能做到精確切除。
 

圖1 DCNPs的合成步驟及實(shí)際操作順序

 

另外，作者也考察了納米粒子的毒性。在500 μg/mL濃度下，仍有85%以上的細(xì)胞能夠存活。以上多項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，該納米粒子具有極大的實(shí)際使用空間，同時(shí)也說明NIR-II成像在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大潛力。文中盡管只提及了軟巢癌轉(zhuǎn)移瘤的應(yīng)用，但我們?nèi)阅芮逦�地看到，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于其他腫瘤切除和眾多外科手術(shù)中的巨大前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wang P, Yong F, Lu L, et al. NIR-II nanoprobes in-vivo assembly to improve image-guided surgery for metastatic ovarian cancer[J]. Nature Communications, 2018, 9: 2898

 

 

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