AFM丨周民团队：全光学纳米探针用于从活体到单细胞的多维度肿瘤显像及治疗

浙江大学转化医学研究院周民研究员团队在功能材料领域期刊《Advanced Functional Materials》在线发表题为以“SERS/NIR-II Optical Nanoprobes for Multidimensional Tumor Imaging from Living Subjects, Pathology to the Single-Cell and Guided NIR-II Photothermal Therapy”的研究论文。该课题报道了一种由金纳米星、拉曼分子标签和硫化银量子点通过二氧化硅壳层链接组装而成的 SERS/NIR-II 光学纳米探针(AuDAg2S)，它允许结合指纹式表面增强拉曼散射的高分率，高灵敏成像技术和第二区域近红外深度生物荧光成像技术。

精准的分子影像技术可以提高临床上对微小肿瘤的高效识别，以及进一步的处理，例如手术切除，新兴的局部热疗等。尤其是结肠癌和卵巢癌等多发性腹腔恶性肿瘤，具有较高的侵袭性和转移性，并且会浸润性迁移到周围组织和关键器官等。为此，正电子发射断层扫描(PET)和磁共振成像(MRI)，X射线计算机断层成像 (CT)等成像技术常用来对术前肿瘤位置的确定。然而，这些多模态的成像方式，由于激发模式和接收的信号源差异较大，不易于集成在单个系统，导致病人往往需要花费大量的时间去进行术前的影像诊断。因此，迫切需要易于集成的成像系统，来实现多维度的肿瘤成像，特别是在体内深部位置的微小肿瘤病灶。

近年来，表面增强拉曼光谱(SERS)技术，由于其特殊的指纹图谱，以及单分子水平的检测灵敏度等优势被广泛用于生物医学领域的前沿研究。其中基于金纳米颗粒的SERS技术，受到生物医学领域的重点关注，在细胞与活体组织，特别是肿瘤细胞与肿瘤组织的精准识别具有广阔的应用前景。浙江大学周民研究员团队近年来在拉曼影像生物医学应用领域，特别是肿瘤边界识别、干细胞示踪、微生物检测等持续开展工作，发表了一系列相关研究论文(Adv. Funct. Mater. 2021；Advanced Sciences 2021；Biomaterials 2021；J. Nanobiotechnology 2021；WIREs Nanomedicine & Nanobiotechnology 2021；Biomaterials 2020；Acta Pharmaceutica Sinica B 2018)。前期研究研发了金纳米拉曼探针的SERS技术，实现了对腹腔卵巢肿瘤/结直肠肿瘤的识别，精准切除和术后清扫。周民团队前期也开展了基于银纳米材料SERS技术监控下的耐药菌感染伤口灭菌及促愈合研究。SERS技术具有很多方面的优势，但是限制于目前的仪器技术，其在组织穿透能力上还需要进一步增强。

在近红外激光的激发下，AuDAg2S 纳米探针可以将检测灵敏度提高到皮摩尔级(1 pM)，成像深度提高到 1 cm。它还可以产生强烈的局部表面等离子体共振，在 1064 nm 处获得 67.1% 的高光热转换效率，从而有效地杀死 CT26 结肠癌细胞。因此，AuDAg2S纳米探针可以实现活体、组织学和单细胞水平的多维肿瘤光学成像，并进一步指导体内深度NIR-II光热抗肿瘤治疗。特别是，拉曼成像与荧光成像的激发与发射模块都是类似的光学信号，由二者组成的全光学成像技术，易于整合在单个仪器或者单个分子探针上，利于进一步的临床转化，在多维度，深层的微小肿瘤的早期影像识别，和后续的手术切除或者光热清扫具有潜在的发展前景。

浙江大学转化医学研究院博士生何健，博士生华诗远为本文的第一作者与共同第一作者。浙江大学周民研究员、新加坡国立大学陈小元教授、浙江大学医学院附属第四医院王凯教授为论文的共同通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江省重点研发计划项目基金、中央高校基本业务费等基金项目的大力支持。

来源 | 周民课题组

编辑 | 李玥

排版 | 吕萌