具有半乳糖靶向的NIR-II納米探針實現原位肝癌手術切緣及深度精準成像

本文要點：準確識別肝癌切除手術中的腫瘤邊界對于改善患者預后和減少術后并發癥至關重要。本研究探討了一種新型半乳糖靶向納米熒光探針（Gal–OH-BDP NPs，簡稱GOB NPs）在動物原位肝細胞癌模型中實現近紅外二區熒光成像的可行性。在動物原位肝癌模型中進行的活體近紅外一區/二區成像顯示，瘤內注射GOB NPs能實現其在肝癌組織中的靶向富集。GOB NPs的近紅外二區成像在腫瘤部位展現最高熒光強度，具有最高的腫瘤/正常肝組織信噪比和最優的腫瘤邊界分辨能力。經靜脈注射后，GOB NPs顯示出陰性染色特征，從而清晰勾勒出腫瘤邊界，在腫瘤與肝組織間形成鮮明對比。研究結果證實，這種半乳糖靶向的近紅外二區納米探針不僅能通過靶向作用精準區分腫瘤與正常組織，還能在深層組織中保持顯著的對比度優勢。這種性能特點使其在臨床肝癌精準切除術中具有重要的應用潛力。基于此，GOB NPs為提升肝癌手術的精確度提供了新的技術解決方案。

方案1. Gal–OH-BDP NPs結構及NIR-II成像示意圖

在不使用脂肪乳溶液的情況下，裝有GOB NPs水溶液的毛細管在近紅外二區窗口測得的半高全寬值為522.90±2.64 μm，這清晰地勾勒出毛細管輪廓。而裝有ICG水溶液的毛細管在近紅外一區和近紅外二區窗口的FWHM值分別為557.60±16.22 μm和525.40±9.17 μm。隨著沉浸深度增加，組織吸收和散射效應變得明顯。GOB NPs水溶液毛細管在近紅外二區窗口的FWHM值隨2、5、8、11毫米深度依次增至1672.66±34.52 μm、2496.64±25.82 μm、3815.70±169.12 μm和5159.43±59.13 μm（圖1A）。當沉浸深度為8毫米時，毛細管輪廓仍保持可見。對于ICG水溶液毛細管，在近紅外二區窗口的FWHM值隨2、5、8、11毫米深度分別達到2277.49±63.38 μm、3443.93±34.99 μm、4919.09±115.64 μm和5218.40±28.74 μm（圖1B）。在近紅外一區窗口，ICG水溶液毛細管在2、5、8、11毫米深度的FWHM值依次為4990.79±61.34μm、5228.48±66.10 μm、5275.77±57.70 μm和5252.94±81.65 μm（圖1C）。其近紅外二區熒光圖像的最大可識別深度為5毫米。當沉浸深度達到2毫米時，ICG水溶液毛細管的近紅外一區熒光圖像清晰度顯著下降至幾乎無法分辨的程度。

圖1. 體外毛細管熒光成像

當覆蓋2、5、8及11毫米不同厚度的雞胸組織時，裝載GOB NPs水溶液的毛細管在近紅外二區窗口的半高全寬值分別為939.85±49.31 μm、1923.54±50.14 μm、3771.95±286.18 μm和5996.67±258.70 μm（圖1D）。同樣地，在相同雞胸組織厚度條件下，裝載ICG水溶液的毛細管在近紅外二區窗口的FWHM值分別為1471.60±49.27 μm、3112.21±142.69 μm、5776.92±236.61 μm和6119.07±188.00 μm（圖1E）。在近紅外一區窗口，裝載ICG水溶液的毛細管在相同組織厚度下的FWHM值則分別為3155.22±127.63μm、4748.15±376.32 μm、5928.54±142.08 μm和6242.55±106.63 μm（圖1F）。與脂肪乳浸沒成像結果一致，GOB NPs水溶液在近紅外二區窗口的最大成像深度為8毫米；而ICG水溶液在近紅外二區窗口的最大成像深度為5毫米，在近紅外一區窗口僅為2毫米。這些數據進一步證實了GOB NPs相較于ICG在組織穿透性方面的顯著優勢。

圖2. 病理毒性研究

在瘤內注射GOB NPs后，在白光下觀察到腫瘤內快速染料擴散（圖2A，B），通過NIR-II成像獲得的熒光信號與腫瘤的視覺輪廓相關（圖2C）。病理結果顯示熒光圖像信號與腫瘤的實際邊界一致（圖2D，E），從而證實了肝癌組織中GOB NPs的靶向聚集。

圖3. 腫瘤與正常肝組織比值比較及亞組分析

靜脈注射ICG 72小時后采集近紅外一區/二區圖像（圖3A-C），瘤內注射GOB NPs后采集近紅外二區圖像（圖3D-E）。對腫瘤近紅外熒光圖像進行定量分析，采用腫瘤/正常肝組織信噪比（TNR）指數量化腫瘤與正常肝組織的視覺對比度。在無雞胸組織覆蓋條件下，三組間TNR存在統計學顯著差異（F=48.945, p<0.001）：近紅外二區GOB組（TNR=5.12±1.06, n=10）的TNR值顯著高于近紅外二區ICG組（TNR=3.03±0.68, n=10；均值差=2.10, 95% CI [1.25, 2.94], p<0.001）和近紅外一區ICG組（TNR=1.80±0.38, n=10；均值差=3.32, 95% CI [2.47, 4.16], p<0.001）；同時近紅外二區ICG組較近紅外一區ICG組仍具顯著優勢（均值差=1.22, 95% CI [0.38, 2.06], p<0.01）（圖3F）。

對TNR三組分的亞組分析（腫瘤部位熒光、正常肝組織背景熒光及環境背景熒光）顯示：近紅外二區GOB組的腫瘤區域熒光強度（224.31±6.41）顯著高于近紅外二區ICG組（203.71±14.88）和近紅外一區ICG組（146.56±33.48）（F=35.188, p<0.001）；在正常肝組織背景熒光方面，近紅外一區ICG組背景熒光最高（88.83±24.76），近紅外二區GOB組（45.94±7.68）顯著低于近紅外二區ICG組（70.01±12.13）（均值差=-24.07, 95% CI [-42.40, -5.75], p<0.01），組間差異具有統計學意義（F=16.923, p<0.001）；環境背景熒光分析表明，在相同成像設備和激發條件下，近紅外二區GOB組（0.88±0.44）與近紅外二區ICG組（0.54±0.26）無顯著差異（均值差=0.34, 95% CI [-0.01, 0.68], t=2.055, p>0.05），而近紅外一區ICG組因設備無濾光片且成像波長較短，環境背景熒光更高（11.11±5.07），與近紅外二區GOB組（均值差=10.23, 95% CI [6.85,13.61], t=6.358, p<0.001）和近紅外二區ICG組（均值差=10.57, 95% CI [7.19,13.94], t=6.583, p<0.001）均存在顯著差異（圖3G）。

圖4. 熒光圖像中腫瘤邊緣分辨率的比較

通過計算腫瘤邊緣像素的灰度值變化率量化腫瘤邊緣分辨率。分析顯示：近紅外二區GOB組的灰度值變化率最高（160.11±23.31, n=10），顯著優于近紅外二區ICG組（101.17±18.29, n=10；均值差=58.94, 95%置信區間[39.33,78.54], p<0.001）和近紅外一區ICG組（36.83±7.76；均值差=123.27, 95%置信區間[103.67,142.89], p<0.001），組間差異具有統計學意義（F=121.572, p<0.001）。在使用相同成像設備與激發條件的兩組間對比中，近紅外二區GOB組較近紅外二區ICG組在腫瘤部位呈現更高熒光強度（253.48±12.93 vs 218.10±22.14；均值差=35.39, 95%置信區間[18.36,52.42], t=4.365, p<0.001），且鄰近肝組織背景熒光更低（93.37±15.62 vs 116.92±12.57；均值差=-23.55, 95%置信區間[-36.86,-10.23], t=-3.715, p<0.01）（圖4C）。

在雞胸組織不同厚度覆蓋條件下進行瘤內注射GOB NPs后獲取近紅外二區圖像，靜脈注射ICG 72小時后獲取近紅外一區/二區圖像（圖4A-B）。當覆蓋2毫米雞胸組織時，近紅外一區ICG組的腫瘤區域熒光信號顯著衰減（TNR降至1.48±0.29, n=10），導致腫瘤邊緣在熒光圖像中幾乎無法辨識；而近紅外二區GOB組的TNR（3.62±0.98, n=10）顯著高于近紅外二區ICG組（2.20±0.57, n=10；均值差=1.42, 95% CI [0.67,2.16], p<0.001）和近紅外一區ICG組（均值差=2.13, 95% CI [1.39,2.88], p<0.001），組間差異具有統計學意義（F=26.014, p<0.001）。

當組織厚度增至5毫米時，近紅外一區ICG組腫瘤輪廓完全消失（TNR=1.10±0.06），近紅外二區GOB組的TNR（2.76±0.86）仍顯著優于近紅外二區ICG組（1.56±0.22；均值差=1.20, 95% CI [0.63,1.77], p<0.001）（F=27.804, p<0.001）。組織厚度達8毫米時，近紅外二區ICG組TNR降至1.22±0.19，與近紅外一區ICG組（1.09±0.12）均無法檢測腫瘤信號（組間無顯著差異：均值差=0.14, 95% CI [-0.31,0.58], p>0.05）；而近紅外二區GOB組仍維持1.97±0.65的TNR（保留微弱腫瘤熒光可視性），與近紅外二區ICG組（均值差=0.74, 95% CI [0.30,1.19], p<0.01）及近紅外一區ICG組（均值差=0.88, 95% CI [0.44,1.32], p<0.001）差異顯著。當組織厚度增至11毫米時，三組均無法檢測腫瘤信號，組間無統計學差異（F=1.592, p>0.05）（圖4D）。

圖5. 靜脈注射GOB-NPs對原位肝細胞癌的陰性染色

后續觀察到靜脈注射GOB NPs后其在正常肝實質與肝臟腫瘤的攝取情況（圖5A）。注射后24小時成像顯示肝腫瘤區域呈現"陰性染色"特征：腫瘤部位無熒光信號，而正常肝實質呈現強熒光，形成鮮明視覺對比（圖5B）。這種對比模式在伴有肝內轉移灶的大型肝癌（圖5C）及小型肝癌（圖5D）中均表現顯著。定量分析表明肝/腫瘤對比度達2.33±0.56（n=3）；近紅外二區熒光信號邊界處高熒光與低熒光區域的病理結果證實，靜脈注射GOB NPs產生的陰性染色成像可有效區分腫瘤與正常肝實質，從而精確定位腫瘤邊界。

本研究通過聯合新型GOB NPs熒光探針與瘤內注射策略，顯著提升原位肝癌成像質量，使近紅外二區GOB組獲得最高腫瘤/正常肝組織信噪比（TNR=5.12），較近紅外二區ICG組（TNR=3.03）和近紅外一區ICG組（TNR=1.80）實現對比度突破性優化。該策略通過增強腫瘤區熒光強度（224.31±6.41 vs 203.71±14.88）與抑制肝背景熒光（45.94±7.68 vs 70.01±12.13），結合腫瘤邊緣灰度變化率提升至160.11±23.31（較ICG組提高58%），實現術中腫瘤邊界毫米級精準勾勒。GOB NPs在近紅外二區發射峰賦予8毫米深部組織探測能力，其靜脈注射后基于庫普弗細胞分布差異產生獨特"陰性染色"特征（肝/腫瘤對比度2.33±0.56），而瘤內注射激活受體靶向正對比成像，雙模式協同為肝癌手術提供全病灶可視化解決方案，既能精確定位原發灶又能篩查轉移灶，顯著提升腫瘤全切率并降低術后復發風險。未來研究需聚焦GOB NPs的臨床轉化，包括優化生產工藝、建立嚴格質控標準及制定標準化生物安全評價體系，旨在為肝癌精準外科手術提供可靠創新的成像工具。

參考文獻

Liu Z, Zeng T, Dang H, et al. Precision Visualization of Surgical Margins and Depth Imaging Performance in Orthotopic Hepatocellular Carcinoma Using Galactose-Targeted NIR-II Fluorescence Nanoprobe[J]. Analytical Chemistry, 2025，97, 30, 16619–16627.

⭐️ ⭐️ ⭐️

動物活體熒光成像系統 - MARS 

In Vivo Imaging System

⭐️ ⭐️ ⭐️

 恒光智影

上海恒光智影醫療科技有限公司，被評為“國家高新技術企業”、“上海市專精特新中小企業”，獲國家科技部“重大科學儀器研發專項”支持，榮獲上海市“科技創新行動計劃”科學儀器項目、上海市2025年度關鍵技術研發計劃“計算生物學”項目。

恒光智影，致力于為生物醫學、臨床前和臨床應用等相關領域的研究提供先進的、一體化的成像解決方案。

專注動物活體成像技術，成像范圍覆蓋 400-1700 nm，同時可整合CT, X-ray，超聲，光聲，光熱成像等技術。

可為腫瘤藥理、神經藥理、心血管藥理、大分子藥代動力學等一系列學科的科研人員提供清晰的成像效果，為用戶提供前沿的生物醫藥與科學儀器服務。