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近红外二区小动物活体成像 —— 稀土纳米颗粒协助肿瘤切除手术

发布日期:2021/5/19 16:24:55

随着人们的生活水平逐渐升高,人均寿命明显延长。随之而来的是各种“长寿病”的激增,肿瘤便是其中较为主要的一种。对于良性肿瘤,其与周边组织界限明显,因而手术时容易被彻底切除;但对于恶性肿瘤,其与周边组织界限或不明显,或已侵入周边组织当中,形成多个瘤块,此时手术便不容易彻底切除。


 

为解决该问题,科研工作者和医生尝试对病灶进行全方位成像,如CT、X射线、核磁共振等技术,已成为手术中不可或缺的辅助手段。是否能观察、分辨出完整的病灶,较大地影响手术结果。但这些技术存在诸如辐射、耗时长、不易对小范围成像等问题,仅能在术前使用。因此即便到如今,肿瘤切除手术中仍主要以触摸、肉眼观察、医生的经验为主,而对于上面所述的恶性肿瘤或隐藏在组织内部、深部的病灶,准确、完整地剔除仍十分困难。在此背景下,开发一种高效、稳定、无毒的术中成像技术就显得尤为紧迫和重要。


 

Peiyuan Wang等人将目光聚焦在一些纳米粒子的下转换(Downconversion)特性上,使用稀土元素成功合成出下转换纳米颗粒(Downconversion nanoparticles, DCNPs)。下转换是指材料在吸收高能光子(频率高,波长短)后,发射出低能光子(频率低,波长长)的现象。文章中的DCNPs能够吸收808 nm的近红外一区(NIR-I,650 – 900 nm)光线,并发射出波长大于1000 nm的近红外二区(NIR-II,900 – 1700 nm)光线。通过使用InGaAs CCD相机,就能够获取NIR-II光信号,从而获得成像。之所以使用NIR-II光线,是因为传统荧光成像所处的可见光和NIR-I光线成像深度小,这对于深部病灶仍然不能得到根本解决。而该文章中所合成的DCNPs具有深达8 mm的成像深度,并能够持续在体内滞留6小时,可适用于许多手术过程。
 

于此同时,文章作者通过在DCNPs表面修饰特定的DNA链和目标多肽,增强DCNPs对于肿瘤的靶向性,同时修饰两种不同的DNA链以两次注射的形式注入小鼠体内,使更多的纳米颗粒能够聚集在肿瘤部位,从而达到增加肿瘤:组织信号强度比的目的。信噪比的增加使得成像分辨率进一步增加,因而对于小于1 mm的瘤体也能做到精确切除。




图1 DCNPs的合成步骤及实际操作顺序




另外,作者也考察了纳米粒子的毒性。在500 μg/mL浓度下,仍有85%以上的细胞能够存活。以上多项数据结果表明,该纳米粒子具有较大的实际使用空间,同时也说明NIR-II成像在医学领域的巨大潜力。文中尽管只提及了软巢癌转移瘤的应用,但我们仍能清晰地看到,将这项技术应用于其他肿瘤切除和众多外科手术中的巨大前景。


 

参考文献:

[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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