近紅外二區(qū)小動物活體成像：高信噪比雙成分造影劑協(xié)助腫瘤手術成像
在一些生物光學成像中，為了使特定器官或組織形成能夠分辨的圖像，往往會使用造影劑（Contrast Agent）。然而一般的造影劑在病灶部位聚集相對較少，反而在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（Reticuloendothelial System，RES，如肝臟、脾臟等）大量聚集，使成像存在較高的背景噪音，成像效果大打折扣甚至會影響診斷的結果。通過納米粒子的高滲透長滯留效應（Enhanced Permeability and Retention，EPR）和體內(nèi)組裝雖然能夠一定程度上提升造影劑在腫瘤、炎癥部位的聚集，但網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中的濃度仍然較高。
在此背景下，Zhao等人創(chuàng)新性地使用鑭系元素上轉移納米粒子與近紅外二區(qū)（NIR-II）納米探針兩者在體內(nèi)的可控組裝與分解，在提高信噪比的同時，延長了其在腫瘤部位的滯留時間。為手術的實時成像提供更為清晰、可靠的方案。
該造影劑由兩部分組成：1、β-環(huán)糊精（β-CD）修飾的下轉移納米探針（DCNP@β-CD），能夠在808 nm的近紅外激發(fā)光照射下，產(chǎn)生1060 nm的近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光，進行生物成像；2、偶氮苯修飾的鑭系上轉移納米粒子（UCNP@Azo），能夠在980 nm的近紅外激發(fā)光照射下，產(chǎn)生365 nm的紫外發(fā)射光，使得修飾的偶氮苯發(fā)生異構化，由較為穩(wěn)定的反式（trans-isomer）轉變?yōu)槟芰枯^高的順式（cis-isomer）。當UCNP@Azo 以反式存在時，能夠與DCNP@β-CD組裝，形成平均粒徑達485 nm的納米簇；而當UCNP@Azo 以順式存在時，無法與DCNP@β-CD形成穩(wěn)定結合，熒光強度大大降低。
圖2：在注射UCNP@Azo后10 h再注射DCNP@β-CD與同時注射兩種試劑得到的a）熒光強度對比；b）信噪比對比
圖3：UCNP@Azo與DCNP@β-CD實際操作方式：注射UCNP@Azo、注射DCNP@β-CD并用980 nm近紅外光對作為背景的器官或組織進行照射、用808 nm近紅外光成像
圖4：以注射第二種制劑（DCNP@β-CD）為時間原點，在固定兩種制劑的注射間隔為10 h后，于不同時間點進行980 nm近紅外光照射得到的背景強度對比
在文章的最后，作者也描述了兩種成分的組合將延長在機體內(nèi)的滯留時間，使得能夠進行手術的高信噪比窗口達到了6 h。這無疑為手術成像提供了更多潛力，相信在不久的將來，這項技術能夠用于增強生物成像、治療或其他需要在腫瘤部位聚集大量造影劑的應用領域。
參考文獻：
[1] Zhao M, Li B, Wang P, et al. Supramolecularly Engineered NIR‐II and Upconversion Nanoparticles In Vivo Assembly and Disassembly to Improve Bioimaging[J]. Advanced Materials, 2018, 30(52):1804982.
在此背景下，Zhao等人創(chuàng)新性地使用鑭系元素上轉移納米粒子與近紅外二區(qū)（NIR-II）納米探針兩者在體內(nèi)的可控組裝與分解，在提高信噪比的同時，延長了其在腫瘤部位的滯留時間。為手術的實時成像提供更為清晰、可靠的方案。
該造影劑由兩部分組成：1、β-環(huán)糊精（β-CD）修飾的下轉移納米探針（DCNP@β-CD），能夠在808 nm的近紅外激發(fā)光照射下，產(chǎn)生1060 nm的近紅外二區(qū)（NIR-II）熒光，進行生物成像；2、偶氮苯修飾的鑭系上轉移納米粒子（UCNP@Azo），能夠在980 nm的近紅外激發(fā)光照射下，產(chǎn)生365 nm的紫外發(fā)射光，使得修飾的偶氮苯發(fā)生異構化，由較為穩(wěn)定的反式（trans-isomer）轉變?yōu)槟芰枯^高的順式（cis-isomer）。當UCNP@Azo 以反式存在時，能夠與DCNP@β-CD組裝，形成平均粒徑達485 nm的納米簇；而當UCNP@Azo 以順式存在時，無法與DCNP@β-CD形成穩(wěn)定結合，熒光強度大大降低。
圖1：UCNP@Azo與DCNP@β-CD的組裝（左）與分解（右）示意圖
在實際使用過程中，作者發(fā)現(xiàn)相對于將UCNP@Azo與DCNP@β-CD同時注射，先注射UCNP@Azo，過一段時間后再注射DCNP@β-CD得到的熒光強度更高。做系統(tǒng)性對比后得出結論，間隔時間為10 h時，熒光強度達到最大。圖2：在注射UCNP@Azo后10 h再注射DCNP@β-CD與同時注射兩種試劑得到的a）熒光強度對比；b）信噪比對比
同時，可以對作為背景的器官以980 nm的紅外光進行照射，降低該器官內(nèi)的熒光強度，從而提高信噪比。在文章中，作者也對何時照射980 nm近紅外光進行了考察。以注射第二種制劑（DCNP@β-CD）為時間原點，在固定兩種制劑的注射間隔為10 h后，分別在不同時間點，甚至多個時間點和注射間隔期內(nèi)進行980 nm的紅外光照射，發(fā)現(xiàn)在注射第一劑（UCNP@Azo）后9 h時進行照射，將最大程度提高信噪比。
圖3：UCNP@Azo與DCNP@β-CD實際操作方式：注射UCNP@Azo、注射DCNP@β-CD并用980 nm近紅外光對作為背景的器官或組織進行照射、用808 nm近紅外光成像
圖4：以注射第二種制劑（DCNP@β-CD）為時間原點，在固定兩種制劑的注射間隔為10 h后，于不同時間點進行980 nm近紅外光照射得到的背景強度對比
在文章的最后，作者也描述了兩種成分的組合將延長在機體內(nèi)的滯留時間，使得能夠進行手術的高信噪比窗口達到了6 h。這無疑為手術成像提供了更多潛力，相信在不久的將來，這項技術能夠用于增強生物成像、治療或其他需要在腫瘤部位聚集大量造影劑的應用領域。
參考文獻：
[1] Zhao M, Li B, Wang P, et al. Supramolecularly Engineered NIR‐II and Upconversion Nanoparticles In Vivo Assembly and Disassembly to Improve Bioimaging[J]. Advanced Materials, 2018, 30(52):1804982.
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锘海-近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)
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近紅外二區(qū)小動物活體成像 —— 呼吸速率監(jiān)控
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