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本文要點(diǎn)：本文作者系統(tǒng)研究了主發(fā)射峰位于近紅外一區(qū)（NIRⅠ700-900nm）的生物相容性花菁染料的尾發(fā)射區(qū)域（>1000nm），篩選出的NIR染料在NIR-II區(qū)域具有明亮的尾發(fā)射，并具有高量子產(chǎn)率、高摩爾消光系數(shù)、排泄速度快和適用于生物偶聯(lián)的官能團(tuán)，從而可用于多種生物模型NIR-II實(shí)時(shí)成像，有望促進(jìn)NIR-II生物成像的臨床轉(zhuǎn)化。

對(duì)染料進(jìn)行了NIRⅡ尾發(fā)射機(jī)理研究后，作者在動(dòng)物模型上進(jìn)一步驗(yàn)證他們的設(shè)想：以5mg/Kg的劑量給CD-1小鼠靜脈注射IR-12N3，幾分鐘內(nèi)肝臟便出現(xiàn)強(qiáng)烈的熒光信號(hào)，隨著時(shí)間推移熒光信號(hào)出現(xiàn)在腸道，表明了探針具備快速肝膽清除的特性（圖3a），盡管IRDye800可以有效通過腎臟清除，皮膚和正常組織對(duì)其的高攝取限制了它在血管成像中的有效性。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，IR-12N3的皮膚和組織攝取比IRDye800低，因此血管成像質(zhì)量會(huì)更高（圖3b&c），計(jì)算得出的血漿清除半衰期為0.2h（圖3d），注射24h后的生物分布實(shí)驗(yàn)則顯示除肝臟外，其他器官的分布極低，80%以糞便排泄至體外（圖3e&f&g），此外小鼠兩周內(nèi)體重變化與對(duì)照組無(wú)差別（圖3h），血象檢測(cè)結(jié)果也顯示各血細(xì)胞亞型與正常小鼠相比無(wú)明顯差異，綜合以上證明了該探針優(yōu)異的生物相容性和安全性。

圖3：a）小鼠注射IR-12N3后24h內(nèi)成像圖；b）小鼠注射IRDye800后不同時(shí)間點(diǎn)成像圖；c）IR-12N3不同時(shí)間點(diǎn)在肝臟、腸道和皮膚的熒光分布曲線；d）10h內(nèi)的血漿濃度-時(shí)間曲線；e）小鼠糞便的熒光強(qiáng)度-時(shí)間曲線；f，g）注射IR-12N3第8h的器官成像圖；h）注射IR-12N3兩周內(nèi)小鼠體重變化曲線。

NIRⅡ區(qū)域可實(shí)現(xiàn)高分辨血管成像，因此作者考察了在不同波長(zhǎng)范圍下的成像效果，如圖4a所示，在不同波長(zhǎng)下，越紅的波長(zhǎng)（1300LP）可以獲得更加細(xì)微的成像信息，使得血管成像在近紅外二區(qū)的分辨率大大提高（圖4b），而腦血管由于顱骨的存在對(duì)成像要求更高，作者隨后對(duì)小鼠進(jìn)行無(wú)創(chuàng)腦血管成像，如圖4c所示，在850-900nm區(qū)域幾乎看不到任何血管，而使用1300LP后，大腦下靜脈、淺靜脈、上矢狀竇和橫竇可被清晰地分辨開來，此外還可以通過實(shí)時(shí)成像檢測(cè)小鼠的呼吸速率（圖4e）。作者還對(duì)比了NIRⅠ區(qū)和NIRⅡ區(qū)的淋巴結(jié)成像，如圖4f-h所示，腘淋巴結(jié)（圖4f）、腘淋巴結(jié)和骶淋巴結(jié)（圖4h）以及腰淋巴結(jié)（圖4i）在NIRⅠ區(qū)和NIRⅡ區(qū)成像對(duì)比表明了NIRⅡ的分辨率更高，可分辨出相鄰淋巴結(jié)，而NIRⅠ區(qū)卻幾乎分辨不出。

圖4：a）不同NIR II長(zhǎng)通濾光片下注射IR-12N3不到2分鐘內(nèi)的成像圖；b）在NIR I和NIR II窗口中后肢的熒光截面強(qiáng)度分布圖；c）在不同的NIR II長(zhǎng)通濾光片上注射IR-12N3后小鼠腦血管成像對(duì)比圖；d）NIR I / II窗口中腦血管的熒光截面強(qiáng)度分布圖；e）錄制的腦血管成像視頻可用于計(jì)算小鼠的呼吸速率；f）在NIR I和NIR II窗口使用IR-12N3進(jìn)行淋巴結(jié)成像；g）NIR I和NIR II窗口中腘淋巴結(jié)的橫截面強(qiáng)度分布；h）分別在850nm和1200 nm長(zhǎng)通濾波片下對(duì)腘淋巴結(jié)和骶淋巴結(jié)淋巴結(jié)成像；i）將100μg IR-12N3注入兩個(gè)腳墊后，在NIR I / II窗口進(jìn)行腰淋巴結(jié)成像；j）NIR I和NIR II窗口中腰淋巴結(jié)的熒光橫截面強(qiáng)度分布圖。

后作者將IR-12N3通過點(diǎn)擊反應(yīng)與西妥昔單抗偶聯(lián)，賦予分子腫瘤靶向性，實(shí)現(xiàn)了腫瘤靶向成像，如圖5c所示為體外細(xì)胞靶向?qū)嶒?yàn)，鱗狀癌細(xì)胞（SCC）在800-1000nm下幾乎無(wú)法分辨，而在1000-1500nm下可以看到探針特異性靶向EGFR表達(dá)豐富的癌細(xì)胞，隨后作者將該探針注射入荷瘤鼠體內(nèi)，圖5d顯示了注射后24h，探針在腫瘤區(qū)域大量富集，而其他主要器官則幾乎沒有熒光，在NIRⅠ區(qū)和NIRⅡ區(qū)成像的腫瘤/正常組織信噪比分別約為4和10（圖5f），168h后體外器官成像顯示，腫瘤熒光依舊很高（圖5g），而對(duì)照組探針（IR-FGP）在168h后腫瘤幾乎無(wú)信號(hào)（圖5i），其腫瘤/肝臟信號(hào)比僅為IR-12N3的1/6（圖5j）。綜合來看，NIRⅡ區(qū)成像相比于NIRⅠ區(qū)顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，然而開發(fā)大于1000nm發(fā)射的高量子產(chǎn)率的熒光探針依舊面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是大于1300nm波段，光散射進(jìn)一步減少?gòu)亩佑欣谏顚咏M織成像，此外作者認(rèn)為，“可激活”型探針也同樣為目前NIRⅡ區(qū)探針起到了補(bǔ)充作用。

參考文獻(xiàn)

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紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS 

NIR-II in vivo imaging system 

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機(jī)，活體穿透深度高于15mm

高分辨率 - 定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優(yōu)于3um

熒光壽命 - 分辨率優(yōu)于 5us

高速采集 - 速度優(yōu)于1000fps （幀每秒）

多模態(tài)系統(tǒng) - 可擴(kuò)展X射線輻照、熒光壽命、一區(qū)熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 紅外二區(qū)高分辨顯微系統(tǒng)，兼容成像型光譜儀

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 恒光智影

        上海恒光智影醫(yī)療科技有限公司，專注于紅外二區(qū)成像技術(shù)。致力于為生物醫(yī)學(xué)、臨床前和臨床應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供*的、一體化的成像解決方案。自主研發(fā)紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)-MARS。

        與基于可見光波長(zhǎng)的傳統(tǒng)成像技術(shù)相比，我們的技術(shù)側(cè)重于X射線、紫外、紅外、短波紅外、太赫茲范圍，可為腫瘤學(xué)、神經(jīng)學(xué)、心血管、藥代動(dòng)力學(xué)等一系列學(xué)科的科研人員提供清晰的成像效果，助力科技研發(fā)。

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