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张凡教授课题组在近红外荧光寿命活体多重成像研究中取得重要进展
发布时间:2018-12-07 

       近日,化学系张凡教授团队提出将近红外荧光寿命成像技术运用于活体多重检测当中,有望成为一种全新的肿瘤精准诊断方法。该研究工作以Lifetime engineered NIR-II nanoparticles unlock multiplexed in vivo imaging (荧光寿命工程化的近红外第二窗口纳米颗粒解锁活体多重成像)为题,发表于《自然·纳米技术》期刊(Nature Nanotechnology 2018, 13, 941)。张凡课题组凡勇博士为第一作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41565-018-0221-0

       目前,对组织进行切片诊断肿瘤仍为临床医学中主要依赖的方法。然而在这一诊断方法的背后,却隐藏着诸多风险与隐患。切片诊断技术不得不依赖于肉眼对肿瘤的性质、大小与阶段做出判断,导致诊断结果的精确度仍不能完全保证。同时,传统的切片活检过程也难以避免肿瘤细胞转移的风险。因此,未来是否能开发一种全新的技术,在无需通过手术切片的操作下实现肿瘤精准诊断就成为了巨大的挑战。

       针对以上这个难题,张凡团队提出了基于时间维度的多重成像方法,并且设计了荧光寿命可调的近红外二区(NIR-II)稀土纳米颗粒作为探针。一方面由于生物组织对NIR-II的光有很低的吸收和散射,而且生物组织的自发荧光也很弱,使得NIR-II的光在组织中有较大的穿透深度以及高的成像信噪比。另一方面,相比于传统的荧光强度,荧光寿命的数值具有很好的稳定性,不依赖于生物组织的穿透深度。因此可以实现活体的多重成像和量化诊断。该团队利用能量延迟方法并结合对发光离子浓度的调控,实现了NIR-II区单一波长下荧光寿命三个量级以上的精确调节。最后将这种成像方法应用于乳腺癌肿瘤的精准诊断,其对肿瘤标志物的定量检测结果与传统的免疫印迹法和免疫组织化学法相比有着很好的一致性。而相比于后两者一次只能对一种肿瘤标志物进行检测,这种新的时间维度成像方法可以原位实现同时定量多个肿瘤标记物,并且减少了传统检测方法在组织切片的制作、处理以及评分过程中所导致最终结果的差异性,也消除了在传统活检过程中肿瘤细胞转移的风险,有望成为一种新的无创疾病诊断方法。

 

图1.(a)不同荧光寿命的Er纳米颗粒在离心管中的荧光寿命的伪色彩图。(b)编码小球中Er发射通道和Ho发射通道的荧光寿命和荧光强度随着不同厚度生物组织的变化。(c)小鼠实验的过程示意图。(d)对MCF-7和BT-474乳腺癌肿瘤上不同标志物的定量检测。

 

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