计算机辅助近红外二区荧光血管造影在透析血液通路手术中的应用

浅静脉清晰成像对于透析患者动静脉内瘘术前手术路径规划和术中引导手术治疗等具有重要作用,对临床疾病的诊断和治疗具有重要作用。目前临床上常用的血管成像方法能够清晰地实现血管的成像,但对静脉血管网的成像效果难以满足临床需求。笔者利用临床获批的荧光染料吲哚菁绿(ICG)开展了前臂血管的近红外二区(NIR-II)荧光成像,结合人工智能算法获得分辨率更高的血管NIR-IIb荧光图像,更准确地描绘浅表细小血管的直径。在此基础上,笔者继续结合Fluent流体仿真模拟方法,辅助医生在术前判断主干引流静脉,并在术中结扎中选择主干引流静脉进行保留,对大侧枝引流静脉进行结扎,提高患者肾透析血液通路手术的成功率。利用荧光血管造影技术结合模拟方法引导肾透析血液通路手术将桡动脉接入头静脉,手术的早期通畅率为100%(8/8),而接受常规手术的对照组的早期通畅率为73.33%(11/15)。本研究验证了NIR-II荧光血管造影技术的安全性和有效性,并在此基础上进一步验证了荧光成像结合人工智能算法在肾透析血液通路手术中潜在的应用价值。

近红外二区荧光金纳米团簇用于生物医学光子学:进展与挑战

近红外二区(NIR-Ⅱ)金纳米团簇(Au NCs)具有明亮的多色荧光、良好的生物相容性和可肾脏清除的特性,已成为当前生物医学光子学领域中备受关注的纳米材料。首先介绍了NIR-ⅡAu NCs的合成方法,讨论了其面临的低产率和缺乏规模化制备的问题。其次,介绍了NIR-ⅡAu NCs的表面调控技术,讨论了调控团簇表面结构、组成和形态的方法,以及增大发光波长和提高荧光量子产率的方法。然后,总结了NIR-ⅡAu NCs在血管成像、淋巴管和淋巴结成像、肿瘤成像以及成像引导治疗等方面的最新研究进展。最后,讨论了NIR-ⅡAu NCs在生物医学光子学领域中面临的机遇与挑战。

近红外二区小分子有机探针IR-PEG-FA在肝癌术中导航中的应用

目的探讨近红外二区(NIR-Ⅱ)小分子有机探针IR-PEG-FA(IPF)在肝癌术中导航的应用潜力,并进行体内近红外荧光(NIRF)成像研究和体内外生物安全性评估。方法在课题组的研究基础上,通过化学合成方法构建一种靶向肝癌特异性生物标志物的NIR-Ⅱ小分子有机探针。用MTT法检测该纳米探针对肝癌细胞株BEL-7402、HepG-2、HuH-7及正常肝细胞HL-7702活性的影响;通过溶血实验、急性毒性实验和血生化检测对纳米探针的体内生物相容性进行评估;建立小鼠原位肝癌模型,分为IPF实验组、IP对照组、生理盐水对照组,实验组尾静脉注射IPF,对照组尾静脉分别注射IP和生理盐水,随后利用NIR-Ⅱ窗口成像技术检测其纳米探针IPF的特异肿瘤靶向性;最后在NIRF操作窗口下进行实时导航切除肝细胞肿瘤。结果纳米探针IPF对BEL-7402、HepG-2、HuH-7及HL-7702细胞无明显毒性,溶血率均低于3%的安全限度,未引起显著红细胞损伤;急性毒性实验中小鼠无异常行为和死亡情况,且对各重要脏器(心、肝、脾、肺、肾)正常结构和功能未产生明显影响;小鼠肝功和肾功血生化指标均在正常范围内;利用IPF纳米探针进行肝肿瘤细胞标记,在NIRF窗口下观察到肝癌细胞的荧光信号,手术后切除区域的荧光信号消失。结论NIR-Ⅱ小分子有机探针IPF具有良好的细胞安全性、优异的生物相容性,能够高效地标记肝癌细胞,具备肝癌术中导航潜力,能够为肝癌治疗的相关研究提供借鉴。

近红外二区荧光纳米探针的制备及其在生物成像中的应用

通过Stille交叉偶联反应制备了一种具有供体-受体(D-A)结构的低能带隙共轭聚合物(pTB),并应用于小鼠的NIR-II生物成像.为了改善聚合物材料的水溶性和生物相容性,采用纳米沉积技术引入二硬脂酰磷脂酰乙酰胺-甲氧基聚乙二醇(DSPE-mPEG),合成了稳定的聚合物纳米粒子(pTB-PEG).通过核磁共振氢谱(1H-NMR)、紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)等测试对其结构、性能和形貌进行了表征分析,结果显示该共轭聚合物纳米颗粒在831 nm处有良好的吸收峰,具有206 nm的大斯托克斯(Stokes)位移;此外,该纳米粒子不但具备优良的光稳定性和良好的生物相容性,体外细胞的荧光共聚焦成像实验研究结果进一步表明这种粒子还具备良好的的光热治疗性能.更重要的是,由于该共轭聚合物的高发射(>1000 nm)特性,其成像深度为6 mm,远远超过了传统的近红外一区(NIR-I)试剂,并且有效地实现了对健康小鼠血管系统和荷瘤小鼠的的近红外二区(NIR-II)荧光成像.总体而言,共轭聚合物纳米粒子(pTB-PEG)具备杰出的生物相容性、优异的光稳定性和良好的光学功能,是一种极具前景的NIR-II成像探针,具备广泛应用于临床成像和活体肿瘤成像的潜力.

基于共轭聚合物的纳米粒子用于肿瘤的近红外二区荧光成像及光热治疗

为提高生物组织荧光成像质量以及对肿瘤的高效光热治疗,设计合成了一种新型的窄带隙共轭聚合物(BDT-TTQ),并通过纳米沉积的方式将聚合物制备成水溶性纳米粒子(BDT-TTQ NPs).该共轭聚合物纳米粒子在1000~1200 nm近红外二区范围具有较好的吸收,在1064 nm的激发光下能实现1200~1400 nm的近红外二区荧光成像. BDT-TTQ NPs纳米粒子粒径分布较窄,形貌呈规则的球形且分散均匀,具有好的生物相容性.该纳米粒子既可以在体外实现较高的近红外二区荧光成像穿透深度,又可以实现对小鼠活体血管的高清晰度的近红外二区荧光成像.此外,BDT-TTQ NPs纳米粒子在1064 nm激光下展现出优异的光热转换效率,具有较高的光毒性,对体外的肿瘤细胞以及小鼠的异质瘤具有高的光热杀伤能力.

树枝状高分子修饰的水溶性近红外二区荧光聚合物的合成及其在肿瘤相关抗原载运中的应用

通过在具有供体-受体-供体结构的近红外二区(NIR-Ⅱ)荧光分子(TTQ-F)的侧链上修饰聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)合成了一种NIR-Ⅱ荧光高分子(TTQ-F-PAMAM).该树枝状修饰的高分子不仅可以实现在900~1200 nm近红外二区范围的荧光成像,同时有着良好的光稳定性.PAMAM作为一种三维、高度有序的新型高分子,可以控制和设计分子的大小与功能基团,且具有较好的水溶性与单分散性.而TTQ-F-PAMAM上独特的PAMAM结构所带来的大量氨基,使其对卵清蛋白(OVA)的包载率可以达到16.43%.更重要的是,负载OVA的同时,可以有效载运至树突状细胞(dendritic cell,DC)内,并在其细胞环境中加速OVA的释放从而进一步激活DC的免疫反应.具体表现为DC细胞膜表面共刺激因子CD80和CD86的表达大大提高,以及分泌肿瘤坏死因子-α(tumor necrosisfactor-α,TNF-α)和白细胞介素-12p70(Interleukin-12p70,IL-12p70)的能力增强.本工作不仅实现了对肿瘤相关抗原的载运以及对抗原提呈细胞的激活,而且其近红外成像能力可以为今后的免疫治疗研究提供新的策略与方法.

三元共聚法制备高亮度近红外二区荧光共轭聚合物纳米粒子及其二区光热治疗应用

为获得同时具有优异的溶解性,高亮度的近红外二区(NIR-Ⅱ,1000~1700 nm)荧光和强的NIR-Ⅱ光热转换能力的共轭聚合物,采用三元共聚策略构建了基于强电子受体和供体的NIR-Ⅱ发射共轭骨架.在此基础上,进一步通过调控电子给体BDT与2TC之间的比例,得到了一系列具有NIR-Ⅱ吸收和优异溶解性的共轭聚合物(BDT-2TC12,BDT-2TC11,BDT-2TC21).这些聚合物在700~1200 nm具有较强的NIR吸收,并在808 nm激光激发下表现出在1000~1400 nm区域内的优异NIR-Ⅱ荧光性能.利用纳米沉积的方法,将目标聚合物BDT-2TC12用两亲性的二硬脂酰磷脂酰乙酰胺-甲氧基聚乙二醇(DSPE-mPEG)进行包覆,制备得到水溶性良好的纳米粒子(BDT-2TC12NPs).该纳米粒子具有良好的稳定性,在808和1064 nm处均有较强的吸收.在1064 nm激光照射下,纳米粒子表现出优异的NIR-Ⅱ光热转换效果,可以实现对肿瘤细胞的光热治疗(PTT).在808 nm的激光激发下,纳米粒子还可以实现对小鼠血管和其他生物组织的高清晰度的NIR-Ⅱ荧光成像(FI).

近红外二区荧光量子点成像在肿瘤诊断和治疗中应用的研究进展

高灵敏度、高时空分辨率、低损伤的肿瘤诊断方法是精准医学的发展方向。近红外二区荧光成像是一种新的活体成像方法,清晰度高、组织穿透深、无放射源,其量子点荧光探针具有亮度高、波长长且可调、波尔半径大、易于化学修饰和生物偶联、光热转化效率高等特点。近红外二区荧光量子点成像在活体成像和肿瘤治疗方面具有较高价值。本文就近红外二区荧光量子点成像在肿瘤和前哨淋巴结检测、靶向传递化疗药物等方面应用的研究进展作一综述。

二区近红外荧光显像技术在外科领域的应用进展

荧光实时显像技术具有高效、无创、无放射性等优势,被广泛应用于医学领域。在外科场景中,利用该技术可以实现对目标结构的实时显像与定位,从而促进外科手术进一步朝着精准化方向发展。然而,目前传统的可见光(400~700 nm)波段以及一区近红外(near-infrared-Ⅰwindow, NIR-Ⅰ,700~900 nm)荧光波段在组织的穿透能力等方面仍存在不足,进而限制了近红外荧光术中显像在外科领域的发展。二区近红外(near-infrared-Ⅱwindow, NIR-Ⅱ,1 000~1 700 nm)荧光(NIR-Ⅱ荧光)可以进一步提升术中实时显像的效果。NIR-Ⅱ荧光可以在实时显像过程中显著减少光子在组织中的吸收与散射、降低组织自发荧光,并且具备更好的组织穿透能力、微米级的分辨率以及更高的信背比(signal-to-background ratio, SBR)。本文就NIR-Ⅱ荧光在实体肿瘤显像、前哨淋巴结示踪、血管、输尿管以及胆管显像等外科方面的应用进展进行综述,并分析其未来的发展前景。

近红外二区有机小分子荧光探针

荧光成像凭借灵敏度高、特异性强等诸多优势在重大疾病的诊疗领域发挥着重要作用.然而传统的近红外一区(NIR-I,700~900nm)荧光成像存在组织穿透性差等问题,限制了其临床应用.近红外二区(NIR-II,1000~1700nm)荧光成像可以极大地减弱生物组织对光的吸收、散射和自发荧光,从而显著提升成像深度及成像效果.在众多NIR-II荧光探针中,有机小分子由于具有毒性低、代谢快等优点正成为该领域的研究热点.作者以近年来NIR-II有机小分子荧光探针的发展为主体,概括了提升探针荧光量子产率的策略,分别就可激活型、多模态成像型和诊疗一体化型NIR-II荧光探针进行分类讨论,系统介绍了近年来该领域内的研究成果,并针对NIR-II荧光探针未来的发展进行了展望.

聚集诱导发光纳米探针在前列腺癌光热诊疗中的应用

背景:基于“分子内运动受限”这一机制构筑的新型聚集诱导发光荧光探针可用于疾病标志物的检测、肿瘤诊断、细菌成像识别等多个方面。目的:构建基于聚集诱导发光的近红外二区纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,探讨其用于前列腺癌靶向近红外二区荧光成像及光热治疗的潜能。方法:以卵磷脂、聚乙二醇磷脂、叶酸-聚乙二醇磷脂、聚集诱导发光分子2TT-oC26B为原料,采用纳米沉淀法合成叶酸靶向纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs,对其进行基本表征。选取PC3人前列腺癌细胞、人脐静脉内皮细胞为实验对象,检测纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性与光照毒性;选取PC3人前列腺癌细胞为实验对象,采用流式细胞术和钙黄绿素/碘化丙啶染色法检测该纳米探针的光热治疗效果。选取BALB/C裸鼠腹部皮下注射PC3人前列腺癌细胞建立肿瘤模型,尾静脉注射纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs后立即对小鼠进行近红外二区荧光成像,12 h后激光照射肿瘤5 min,14 d内观察光热治疗效果。结果与结论:①纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs呈球形,平均粒径(171.0±0.3)nm,具有广谱光吸收能力和延伸至近红外二区的尾部发射,在激光辐照下可发出明亮的近红外二区荧光信号;②纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs的细胞毒性低、光毒性高;流式细胞术及钙黄绿素/碘化丙啶染色法显示,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs对PC3人前列腺癌细胞具有明显的光热杀伤效果;③纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs成功实现了对活体小鼠血管的近红外二区荧光成像,并确认了在肿瘤部位的最大富集时间为12 h,估算后肢腿部及腹部单根血管的血管宽度分别为0.63 mm和0.42 mm,治疗后14 d小鼠肿瘤体积明显减小;④结果表明,纳米探针FA-DSPE-PEG-AIE@NPs能有效实现前列腺癌的近红外二区荧光成像及光热治疗,有望为前列腺癌的早期诊断及联合治疗提供新手段。

激活型近红外二区小分子生物成像

近红外二区(NIR-Ⅱ,1000~1700 nm)荧光成像(FLI)可以克服组织强吸收、高散射和自体荧光等问题,显著改善成像时空分辨率、信噪比和穿透深度,在重大疾病诊疗领域发挥着重要作用。在众多NIR-Ⅱ荧光材料中,有机小分子因其生物相容性好、体内代谢快和生物安全性高等优点而呈现出巨大的临床转化潜力。目前,大多数NIR-Ⅱ小分子为“always on”型,对病灶的检测缺乏精确度,导致诊断结果的不确定。激活型NIR-Ⅱ小分子可在特定的生物标志物激活下产生特异性荧光信号,从而极大地提升检测的精准性和可靠性。系统总结了近年来用于生物成像的激活型NIR-Ⅱ小分子,重点关注其分子结构设计策略及其生物成像性能。此外,对当前存在的问题、挑战和未来的发展方向进行了讨论。

调控供电子策略简易制备近红外二区有机小分子光学诊疗试剂

有机小分子凭借着明确的化学结构、出色的生物相容性、优异的可重复性等诸多优势被广泛应用于光学诊疗领域.然而,目前报道的有机小分子存在合成步骤复杂、成像波长位于近红外一区(NIR-Ⅰ)、光热转换效率及单线态氧产率低等缺陷,严重限制了其诊疗效果.基于此,本工作以吡咯并吡咯二酮作为缺电子单元、分别以苯、苯胺、邻苯二胺作为供电子单元,通过一步偶联反应简易制备得到三种有机小分子DPP-0、DPP-2、DPP-4,进一步利用纳米沉淀法制备得到对应的水溶性纳米粒子DPP-0 NPs、DPP-2 NPs和DPP-4 NPs.研究发现,随着氨基数量的增加,纳米粒子吸收/发射均发生了红移,其中DPP-4 NPs具有良好的NIR-Ⅰ吸收能力且其最大荧光发射达到了近红外二区(NIR-Ⅱ)区域,表明可以通过改变供电子单元策略实现光学性能的调控.在单一激光照射下,DPP-4 NPs可以同时产生NIR-Ⅱ荧光信号、过高热及单线态氧,其光热转换效率和单线态氧产率分别高达40.2%及34.3%,可成功应用于肿瘤深层次NIR-Ⅱ荧光成像诊断及高效光热/光动力联合治疗.