Bioactive Materials
激活型NIR-II光声探针用于癌症成像与成像引导治疗

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该研究系统总结了基于肿瘤微环境响应的NIR-II光声探针设计策略，为开发高特异性、低背景干扰的癌症诊疗一体化平台提供了关键思路，尤其对肿瘤成像和治疗监测的实验设计具有直接指导意义。

 

文献概述

本文《Activatable NIR-II photoacoustic probes for cancer imaging and imaging-guided therapy》，发表于《Bioactive Materials》杂志，系统探讨了第二近红外（NIR-II）窗口光声（PA）成像在深部肿瘤检测中的优势及其局限性。作者重点综述了可被肿瘤相关生物标志物激活的NIR-II PA探针的最新进展，涵盖pH、活性氧（ROS）、一氧化氮（NO）、谷胱甘ione（GSH）及多种酶等刺激响应机制。研究进一步强调了这类“智能”探针在实现高对比度成像与精准治疗引导方面的潜力，并展望了未来构建多功能诊疗系统的挑战与方向。

背景知识

目前，癌症仍是全球主要死亡原因之一，早期精准诊断与治疗监测对提高患者生存率至关重要。传统光学成像受限于组织穿透深度和散射，而NIR-I成像虽改善了穿透能力，仍难以满足深部肿瘤成像需求。近年来，NIR-II窗口（1000–1700 nm）因其更低的光子散射、更深的组织穿透和更高的成像对比度成为研究热点。然而，大多数已报道的NIR-II探针为“常开”模式，导致正常组织中持续信号干扰，信噪比（SBR）低，影响成像特异性。此外，这些探针在激光照射下可能引起非特异性热损伤，限制其治疗安全性。

为解决上述问题，激活型探针应运而生——它们在生理条件下保持“关闭”状态，仅在进入肿瘤微环境后由特定生物标志物触发“开启”。这一策略显著降低背景信号，提升SBR。例如，pH梯度反转、ROS水平升高、NO浓度变化、GSH过表达以及Caspase-3、NTR等酶的异常活性，均为理想的内源性激活信号。通过响应这些肿瘤微环境特征，激活型探针实现了空间选择性成像与治疗，推动了精准医学发展。

 

针对研究中涉及的Caspase-3、NTR等关键酶功能验证需求，我们提供基于基因编辑小鼠模型的表型分析服务，涵盖行为学、病理学及分子检测，助力深入解析肿瘤微环境中的信号通路机制。

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研究方法与核心实验

作者系统回顾了多种基于不同刺激响应机制的NIR-II PA探针设计策略。例如，Liu等人开发的OctaNPs探针利用肿瘤酸性环境诱导八吡咯结构质子化，从而扩展π共轭体系，显著增强NIR-II吸收。该探针在HepG2荷瘤小鼠中实现了42倍的肿瘤信号增强，验证了pH响应机制的有效性。另一类探针如SHT平台则依赖HRP催化H₂O₂氧化TMB生成电荷转移复合物，实现H₂O₂激活的PA信号开启，展示了ROS响应探针在4T1模型中的特异性成像能力。

在酶响应方面，Song等人构建的AuNNP@DEVD-IR1048探针通过Caspase-3特异性切割DEVD肽段并结合GSH还原触发金纳米粒子自组装，显著增强PA信号。该探针成功用于放疗后肿瘤凋亡的实时监测，证明了酶激活探针在治疗反馈中的应用价值。此外，Cai团队开发的IR1048-MZ探针响应NTR酶还原硝基为氨基，恢复IR-1048的光学性质，在A549荷瘤小鼠中实现了对缺氧微环境的选择性成像。

关键结论与观点

• 激活型NIR-II PA探针通过响应pH、ROS、NO、GSH及酶等肿瘤特异性生物标志物，实现“关闭-开启”信号切换，显著提升成像信噪比和特异性。
• 探针设计普遍依赖于化学转化（如质子化、氧化、硝化、还原）或结构变化（如自组装、解聚）来调控电子结构或聚集行为，进而增强NIR-II吸收，这对后续探针设计具有重要指导意义。
• 部分探针如BDPNPs和SPANO1-2实现了比率型PA成像，提供内参信号以提高定量准确性，建议未来研究更多采用此类策略以增强数据可靠性。
• 多种探针兼具光热治疗能力，可在成像引导下实现精准热消融，表明NIR-II PA探针是理想的诊疗一体化平台。
• 尽管已有进展，多数探针仍依赖可逆反应或外源酶（如HRP），限制长期稳定性与体内应用，提示需开发更稳定的化学转化机制以支持长期监测。

研究意义与展望

该研究为开发高精度癌症诊疗系统提供了系统性框架。激活型探针的设计理念可广泛应用于药物开发，特别是用于构建智能药物递送系统，实现病灶特异性激活。此外，实时监测Caspase-3、NTR等关键酶活性，有助于动态评估治疗响应，提升临床监测的时效性与准确性。

从疾病建模角度看，这些探针可用于构建更贴近临床的动物模型，例如通过可视化肿瘤微环境变化来评估模型的病理进展。未来若能整合多模态成像与多重响应机制，有望实现对肿瘤异质性的全面解析，推动个性化治疗策略的发展。

 

为支持肿瘤微环境研究，我们提供多种自发肿瘤小鼠模型及免疫系统人源化小鼠模型，可用于构建更贴近临床的肿瘤异种移植模型，适用于药效评价与治疗机制研究。

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结语

本综述全面总结了激活型NIR-II光声探针在癌症精准成像与治疗引导中的前沿进展。通过响应肿瘤微环境中的特定生物标志物，这类探针实现了从“被动积累”到“主动识别”的转变，显著提升了成像特异性和治疗安全性。其内在的光热转换能力进一步支持了诊疗一体化应用，为实现精准肿瘤消融提供了有力工具。尽管面临稳定性、定量能力和临床转化等挑战，该领域的发展为未来智能诊疗系统奠定了坚实基础。从实验室到临床，这类探针有望成为癌症照护体系中的关键组件，助力早期诊断、实时治疗监控与个体化干预策略的实施，特别是在乳腺癌、肝癌和肺癌等实体瘤管理中展现广阔前景。

 

Runqun Tang, Ziyi Zhang, Shurong Shen, and Gaolin Liang. Activatable NIR-II photoacoustic probes for cancer imaging and imaging-guided therapy. Bioactive Materials.