光聲顯微鏡與光學相干斷層掃描雙模態成像技術的結合應用
該成果由密歇根大學Zhanpeng Xu、Guillermo Escalona等學者共同完成，核心論文《Detecting metastatic potential of cancer through longitudinal vasculature imaging of biomaterial scaffold》于2025年1月發表于生物醫學頂級期刊《Theranostics》。
重要發現
01光學成像技術突破
研究團隊自主搭建了雙模態成像系統，整合了PAM與OCT的核心優勢：
PAM技術 利用532nm脈沖激光激發血紅蛋白光聲效應，通過30MHz超聲換能器捕捉信號，實現400μm深度血管成像（側向分辨率4μm）
OCT技術 采用近紅外光源獲取1mm深度的支架三維結構（軸向分辨率4μm）
雙模態協同工作，首次實現對活體生物材料支架的血管-結構同步動態觀測。
02轉移進程的光學標記物實驗選取三種轉移能力分級的TNBC細胞（4T1高轉移/4T07微轉移/67NR無轉移）植入小鼠模型，通過PDMS活體成像窗進行14天縱向監測：
關鍵發現：
1）轉移性癌細胞的血管重構特征
轉移模型（4T1/4T07）從第8天起出現顯著血管異常：
血管密度激增（較基線增200%）
血管迂曲度升高50%
新生微血管（直徑<15μm）占比擴大
2）定量光學診斷標準
通過OCTAVA軟件分析，確立三大核心參數：
血管面積密度（VAD）反映灌注效率
血管平均迂曲度（VMT）提示結構紊亂
血管總長度（TVL）揭示新生血管規模
轉移組第8天即出現統計學顯著差異（p<0.001），早于傳統病理檢測窗口。
創新與亮點
01突破早期轉移檢測瓶頸
本研究攻克了癌癥轉移"難以早期發現"的核心痛點：
時間窗口前移：通過血管動態監測，在腫瘤接種后第8天即可預判轉移風險（傳統方法需14天以上）
靈敏度提升：光學參數VAD變化較病理金標準敏感度提高3倍
02開創性技術融合
合成轉移灶模型
首創聚己內酯（PCL）支架作為標準化"轉移前哨"：
其250-425μm微孔結構精準模擬轉移前微環境，避免天然器官成像干擾。
雙模態活體成像窗
研發柔性PDMS窗口，實現：
1）14天連續無創觀測
2）血管/支架同步三維重建
該技術具備三大落地優勢：
無創替代活檢：避免傳統穿刺風險，VAD參數與病理結果高度吻合（R²=0.93）
設備兼容性強：532nm光源適配臨床常用激光器，OCT模塊可對接現有內窺系統
成本效益比高：單次檢測耗材成本<$50，顯著低于ctDNA液體活檢
總結與展望
本研究證實：通過生物材料支架結合PAM-OCT雙模態成像，可捕獲轉移性癌癥特有的血管重構規律——高轉移模型（4T1）引發血管密度激增、迂曲度上升及微血管新生，這些特征最早于第8天出現定量差異。該技術突破現有轉移檢測的時空局限，為癌癥早期干預開辟新路徑。
未來工作將聚焦三方面：
1）拓展多波長PAM實現血氧代謝監測；
2）開發人工智能輔助的血管參數預警模型；
3）推動柔性成像窗的臨床人體試驗。
隨著技術迭代，這種"合成轉移灶+光學監測"策略有望成為癌癥精準管理的常規手段，改寫晚期轉移患者的生存結局。
論文信息聲明：本文僅用作學術目的。
Xu Z, Escalona G, Schrack I, Zhang W, Zhai T, Shea LD, Wang X. Detecting metastatic potential of cancer through longitudinal vasculature imaging of biomaterial scaffold using non-invasive in vivo photoacoustic microscopy and optical coherence tomography. Theranostics. 2025 Jan 1;15(2):509-520.
DOI:10.7150/thno.101685.
