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本文要點：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,，從而可用于多種生物模型NIR-II實時成像,，有望促進NIR-II生物成像的臨床轉(zhuǎn)化,。

對染料進行了NIRⅡ尾發(fā)射機理研究后，作者在動物模型上進一步驗證他們的設(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)強烈的熒光信號,，隨著時間推移熒光信號出現(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,，皮膚和正常組織對其的高攝取限制了它在血管成像中的有效性,。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，IR-12N3的皮膚和組織攝取比IRDye800低,，因此血管成像質(zhì)量會更高（圖3b&c）,，計算得出的血漿清除半衰期為0.2h（圖3d），注射24h后的生物分布實驗則顯示除肝臟外,，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)體重變化與對照組無差別（圖3h）,，血象檢測結(jié)果也顯示各血細胞亞型與正常小鼠相比無明顯差異,，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后不同時間點成像圖,；c）IR-12N3不同時間點在肝臟、腸道和皮膚的熒光分布曲線,；d）10h內(nèi)的血漿濃度-時間曲線,；e）小鼠糞便的熒光強度-時間曲線；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)域可實現(xiàn)高分辨血管成像,，因此作者考察了在不同波長范圍下的成像效果,，如圖4a所示，在不同波長下,，越紅的波長（1300LP）可以獲得更加細微的成像信息,，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成像要求更高,，作者隨后對小鼠進行無創(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，此外還可以通過實時成像檢測小鼠的呼吸速率（圖4e）,。作者還對比了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度分布圖,；c）在不同的NIR II長通濾光片上注射IR-12N3后小鼠腦血管成像對比圖；d）NIR I / II窗口中腦血管的熒光截面強度分布圖,；e）錄制的腦血管成像視頻可用于計算小鼠的呼吸速率,；f）在NIR I和NIR II窗口使用IR-12N3進行淋巴結(jié)成像；g）NIR I和NIR II窗口中腘淋巴結(jié)的橫截面強度分布,；h）分別在850nm和1200 nm長通濾波片下對腘淋巴結(jié)和骶淋巴結(jié)淋巴結(jié)成像,；i）將100μg IR-12N3注入兩個腳墊后，在NIR I / II窗口進行腰淋巴結(jié)成像,；j）NIR I和NIR II窗口中腰淋巴結(jié)的熒光橫截面強度分布圖,。

后作者將IR-12N3通過點擊反應(yīng)與西妥昔單抗偶聯(lián)，賦予分子腫瘤靶向性,，實現(xiàn)了腫瘤靶向成像,，如圖5c所示為體外細胞靶向?qū)嶒灒[狀癌細胞（SCC）在800-1000nm下幾乎無法分辨,，而在1000-1500nm下可以看到探針特異性靶向EGFR表達豐富的癌細胞,，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），而對照組探針（IR-FGP）在168h后腫瘤幾乎無信號（圖5i）,，其腫瘤/肝臟信號比僅為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,，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，光散射進一步減少從而更加有利于深層組織成像,，此外作者認為,，“可激活”型探針也同樣為目前NIRⅡ區(qū)探針起到了補充作用。

參考文獻

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紅外二區(qū)小動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,，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)小動物活體熒光成像系統(tǒng)-MARS,。

        與基于可見光波長的傳統(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),。

        同時,，恒光智影還具備探針研發(fā)能力，我們已經(jīng)成功研發(fā)了超過15種探針,，這些探針將廣泛地應(yīng)用于眾多生物科技前沿領(lǐng)域的相關(guān)研究中,。