精准医疗的“透视眼”——近红外二区荧光成像技术.docxVIP免费

“”——精准医疗的透视眼近红外二区荧光成像技术生物医学影像技术是保障人类生命健康的重要基石之一。光学成像是其中的重要组成部分，已经在生物医学领域得到广泛应用，如病理组织免疫荧光检测，胃肠镜和膀胱镜等临床内镜检查，眼科和心血管造影，以及肿瘤荧光成像手术导航等。传统的荧光成像的波长大多集中在可见光（400—650nm）和近红外一区（650—900nm）范围，此波长范围存在严重的生物自发荧光干扰，并且活体组织（包括皮肤、血液、脂肪等）对该波段光子具有很强的吸收和散射作用，导致其极为有“限的穿透深度和空间分辨率，无法满足深层组织下精准可视”化的需求。这好比在雾霾天，光线被雾霾吸收和散射掉，使得人们无法看清远处的景象。而红外波段光往往具有更强的穿透性，如目前的红外热成像已被广泛应用于夜视和低能见度环境下的成像。研究表明生物活体组织对近红外二区（1000—1700nm）波段光的吸收和散射显著降低，因而近红外二区荧光具有更高的组织穿透深度和空间分辨率，这个成像窗口被“”誉为活体光学透明窗口，有望为疾病的诊疗提供更为精准“”的活体光学成像技术。技术创新与突破近红外二区荧光探针和成像设备是实现近红外二区荧光成像的必要条件。针对2009年国际上开始提出的近红外二区光学成像新技术，中国科学院苏州纳米所相关团队就在思考如何获得具有优异近红外二区荧光性质的探针，以解决这个新兴的光学窗口在应用中面临的重大挑战。2010年在国际上首次发现Ag2S量子点的近红外二区荧光性质，并根据半导体能带理论精准制备了Ag2Se、Ag2Te、AgAuSe等一系列近红外二区荧光量子点，建立了一种荧光波长可调谐、高量子产率、高生物相容性的银基近红外二区荧光量子点体系，为近红外二区荧光成像科学研究提供了一类理想的探针。在近红外二区光学成像研究之初，市场上没有开展下游生物医学应用研究的相关近红外二区荧光成像设备。为了解决这一难题，研究团队通过光机系统建模与仿真，自主设计关键光学元器件，解决了光学元件近红外二区像差大、成像系统光学“”传递函数低等关键技术问题，从无到有自主研制出了近红外二区激光共聚焦、倒置和正置等荧光显微镜、小动物活体成像设备，以及兼容传统荧光和X射线成像的系列宽光谱（400—1700nm——）和多模态成像设备，建立了跨分子细胞组—织小动物活体尺度的原位、实时荧光影像平台，有力推动该领域的创新发展。生物医学应用与成效“”基于近红外二区活体光学透明窗口的优势，近红外二区荧光成像技术已经深刻改变了光学成像技术的发展及其生物“”医学应用，并被誉为下一代荧光影像技术。在肿瘤诊疗领域。外科手术切除是肿瘤治疗最重要的策略目前，外科医师在术中主要通过肉眼观察、超声等方法确定肿瘤边界、残余病灶以及微小转移病灶，然而，这些方式存在手术切缘肿瘤易残留、难以实时发现微小转移灶等问题，导致肿瘤术后复发、转移率高，严重影响病人的预后和远期生存。近红外二区荧光成像技术由于其高穿透深度和高时空分辨率等特点，可以术中提供实时、动态影像导航，帮助外科医生准确地定位肿瘤边界，辅助术中精准切除肿瘤和发现隐匿微小转移灶，有效降低术后肿瘤复发，提高患者生存率。此外，在肿瘤快速病理检测方面，近红外二区荧光成像技术也已展现出巨大潜力。如通过发展荧光激活和信号放大等策略，开发了神经母细胞瘤“”术旁快速病理检测试剂，实现了快速（小于30分钟）、准确（大于95%）的病理诊断和微小隐匿肿瘤病灶（约0.2毫米直径）的高灵敏检测。在药物筛选和评估领域。据统计，目前每个新药从研发到上市平均历时7—12年，平均耗资1—亿1.2亿美元，并且临床Ι期通过率仅为8%左右。药物在开发初期都需要先借助动物模型对药物的活性、毒性及代谢动力学进行评估和分析。传统的活体动物药物筛选，其药物分析需在离体下进行，由于实验动物的个体差异性以及复杂操作导致的实验误差，使得数据可靠性差，难以真实反映药物在活体中的动态代谢过程和疗效。利用近红外二区荧光高穿透深度和高时空分辨率的特点，建立了活体动物原位、实时的化疗药物和蛋白药物等分布、药代、药动及疗效分析的新型药物评估技术，有...