利用NIR-Ⅱ比率熒光探針精確監(jiān)測前哨淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移狀態(tài)

本文要點：前哨淋巴結(jié)（SLN）是原發(fā)腫瘤引流區(qū)域淋巴結(jié)中的特殊淋巴結(jié)，是原發(fā)腫瘤發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移所必經(jīng)的第一批淋巴結(jié)，轉(zhuǎn)移性癌細胞離開腫瘤后最有可能集中在SLN。前庭淋巴結(jié)切除術（SLNE）是腫瘤外科治療和術后活檢診斷轉(zhuǎn)移的關鍵步驟，使用的技術包括傳統(tǒng)的藍色染料法、核素探測法以及新興的熒光探測法。目前侵襲性SLNE的診斷不準確，術后活檢耗時，增加了患者本可避免的疼痛和潛在的死亡率。術中準確檢測SLN的轉(zhuǎn)移狀態(tài)并指導轉(zhuǎn)移性SLN的完全切除，以抑制不必要的SLN清掃引起的并發(fā)癥，是迫切需要解決的問題。

 

 

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本文報道了一個基于雙示蹤劑的NIR-II比率熒光納米平臺，結(jié)合了靶向和非靶向部分，可通過記錄比率信號來確定SLN通過血管和淋巴向遠端的轉(zhuǎn)移狀態(tài)，并可視化淋巴網(wǎng)絡伴隨腫瘤生長的詳細變化。與臨床可用的最先進的NIR造影劑相比，本研究中的雙示蹤劑的NIR-II比率熒光探針性能顯著改進，為快速評估淋巴功能并指導癌癥手術期間腫瘤浸潤性SLN的去除提供了有力工具。

圖1. NIR-II比率熒光探針應用示意圖

 

在作者以往的工作中報道了一對比率納米顆粒NaYF4:Nd@NaYF4（腫瘤靶向性）和NaErF4@NaYF4（無靶向性），分別在1060 nm處和1525 nm處顯示出強烈的發(fā)射，在1500 nm處具有最高的信背比（SBR），顯著地優(yōu)于目前臨床應用的ICG和IR-800CW，并領先于作者先前研發(fā)的PbS@CdS量子點。在小鼠足部注射后可以精確可視化病變淋巴結(jié)（LN）的形態(tài)學變化，并準確地繪制LN與周圍組織之間的邊界。

圖2. 比率探針實現(xiàn)清晰、高分辨的NIR-II熒光成像

 

而要實現(xiàn)對SLN的持續(xù)監(jiān)測，還要求探針必須具有長期的LN保留以及良好的穩(wěn)定性。作者在正常小鼠中對4種熒光分子分別進行累積行為和光穩(wěn)定性測試，發(fā)現(xiàn)量子點和比例探針都表現(xiàn)出長期的LN保留，成像窗口可達約168小時；比例探針不僅在連續(xù)激發(fā)下表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，而且消除了區(qū)域熒光信號減弱引起的背景干擾�？梢娫摫嚷侍结樋梢蕴峁┳銐虻臅r間窗口來收集有用的信息并完成手術程序。

圖3. 近紅外熒光團體內(nèi)成像質(zhì)量和光穩(wěn)定性比較

 

腫瘤附近的淋巴結(jié)可分為正常、炎癥和轉(zhuǎn)移期3種。目前依賴于SLN大小區(qū)分的成像探針靈敏度較低，因為轉(zhuǎn)移性和炎癥性SLN形態(tài)變化差異較小。而利用比率探針，通過在小鼠足墊注射4T1細胞建立后肢腫瘤模型，記錄1000-1100nm和1500 nm窗口內(nèi)的熒光信號并計算熒光比，可以分辨SLN中是否存在轉(zhuǎn)移性腫瘤。作者觀察到，荷瘤小鼠中來自NaYF4:Nd@NaYF4的信號明顯強于NaErF4@NaYF4的信號，而在正常小鼠中則沒有這種差異，與切除LN離體成像所得到的結(jié)果一致。

探針注射后30分鐘的信號采集便足以診斷腫瘤轉(zhuǎn)移性LN，而比率探針的長保留時間為檢測和手術提供了足夠長的成像窗口。調(diào)整可變焦透鏡還可以實現(xiàn)區(qū)域放大圖像，不僅揭示了LN的形態(tài)大小與轉(zhuǎn)移狀態(tài)之間的關系，同時還有助于更有效地切除病變淋巴結(jié)。這些結(jié)果進一步驗證了比率探針作為快速轉(zhuǎn)移鑒別造影劑具有足夠的可靠性和獨特的優(yōu)勢。

圖4. 腫瘤引流LN的可視化檢測

 

延長對SLN的監(jiān)測時間，可以觀察到SLN的轉(zhuǎn)移狀態(tài)，同時使炎癥性SLN和轉(zhuǎn)移期SLN的分辨更加清晰。小鼠腫瘤模型建立后14d內(nèi)，僅能觀察到SLN大小增加，比率信號卻與陰性組相差無幾；28d以后可見SLN大小進一步增加的同時比率信號顯著增強。由此可見：腫瘤在早期僅使SLN發(fā)生炎癥，并不向其轉(zhuǎn)移；而隨著腫瘤發(fā)展，SLN將逐漸被遷移的腫瘤細胞浸潤。這一發(fā)現(xiàn)被炎癥因子（IL-6）免疫組化和H&E染色結(jié)果進一步證實。

 

 

作者通過在腫瘤中直接注射比率探針，嘗試直接評估后肢周圍與腫瘤生長平行的淋巴管網(wǎng)絡的變化。在NIR-Ⅱ熒光下可見原發(fā)腫瘤周圍的淋巴管數(shù)量逐漸增加，淋巴管網(wǎng)絡隨著腫瘤的生長而不斷變化。

一般來說，腹股溝淋巴結(jié)與足部淋巴結(jié)通過淋巴管相連，即使不能呈現(xiàn)出比率型信號，也可被從腫瘤注射的探針照亮。但作者意外發(fā)現(xiàn)，僅在腫瘤生長的第28天和第40天，比例探針才能照亮腹股溝淋巴結(jié)。這意味著早期腫瘤可能使小鼠淋巴管受損，但隨著腫瘤進展，淋巴管又重定向到腹股溝淋巴結(jié)，從而導致腹股溝淋巴結(jié)也被腫瘤細胞浸潤。這一意想不到的發(fā)現(xiàn)進一步證明比率探針作為檢測平臺的足夠可靠性和靈敏度，具有現(xiàn)有探針無法實現(xiàn)的高對比淋巴管網(wǎng)絡成像能力和精確識別SLN轉(zhuǎn)移狀態(tài)的功能。

圖6. 比率探針鑒別腫瘤細胞引流LNs的可靠性

 

前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀態(tài)的診斷對于規(guī)劃癌癥治療的個性化治療程序至關重要。將成像擴展到更長的窗口可以消除自發(fā)熒光/散射干擾，并且所選NIR-II熒光團的長時間保留和優(yōu)異的光穩(wěn)定性優(yōu)于NIR-I熒光團，用于活體內(nèi)LNs成像。與僅提供LNs成像能力的量子點相比，多功能比例熒光探針可以同時作為生物傳感器，實現(xiàn)對生理過程變化的高分辨率監(jiān)測。比率熒光探針通過有效腫瘤細胞靶向能力，有助于通過SLNs的成像大小和比率值來區(qū)分腫瘤細胞侵襲和發(fā)炎的SLN。這些結(jié)果表明，基于比率熒光成像的策略可以靈敏、無創(chuàng)地識別/確定SLNs的轉(zhuǎn)移狀態(tài)，并排除無腫瘤SLNs，從而減少不必要的手術侵襲。

 

參考文獻

Li M, Sun B, Zheng X, Ma S, Zhu S, Zhang S, Wang X. NIR-II Ratiometric Fluorescence Probes Enable Precise Determination of the Metastatic Status of Sentinel Lymph Nodes. ACS Sens. 2024 Feb 21.

 

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