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国内唯一!苏州纳米所“近红外Ⅱ区影像技术”助力生命科学研究

【导读】在脑外科手术中,要实现脑肿瘤安全、完整的切除,主要取决于对肿瘤边界的精确界定。神经胶质瘤为颅内肿瘤的主要类型,其分化程度差、增殖及侵袭能力强,呈弥漫性浸润生长、无明确边界,通过肉眼很难将其与周边正常组织区分开。此外,胶质瘤具有较丰富的肿瘤新生血管,并且病灶部位通常与中枢神经血管结构毗邻,不当的手术操作可能导致严重的不可逆损伤。因此,发展一种实时、精准的“可视化”技术,实现对术前肿瘤的精准定位、术中肿瘤边缘的客观界定,帮助指导肿瘤的手术切除,具有非常重要的意义。

“通过这台近红外Ⅱ区荧光小动物活体成像系统,从小鼠的尾静脉注射造影剂,造影剂会随着小鼠血管进行全身循环,从电脑上可以清晰看到这个小鼠的心跳、肝部、脾部、动脉等,这是原来荧光造影技术所呈现不了的。”中科院苏州纳米所研究员王强斌所介绍的这项技术,正是前不久获得2017年度江苏省科学技术一等奖项目——新型近红外Ⅱ区荧光Ag2S量子点及活体影像技术(简称“近红外Ⅱ区影像技术”),这项技术将为神经胶质瘤的术前诊断及术中精准切除提供了一个“可视化”方案。

国内唯一!苏州纳米所“近红外Ⅱ区影像技术”助力生命科学研究

王强斌于2008年7月加入中科院苏州纳米研究所工作。此前在美国亚历桑那州立大学工作,从事传统的荧光成像研究。回国后,王强斌想改变传统荧光成像在组织穿透深度、空间和时长分辨率的局限性,自2010年开始集中纳米所科研力量开展新型的荧光影像研究——近红外Ⅱ区影像技术。短短几年时长,让近红外Ⅱ区影像技术逐步从实验室开始走向科研机构,并走向市场。

研究同步 技术转化国际领先

量子点作为一种发光的半导体纳米晶,在过去20年里一直是研究的热点,持续研究的动力在于量子点独特的光学性质,如荧光强度高、稳定性好、发射光谱窄、具有尺寸效应等。最近几年,近红外Ⅱ区量子点因具有较高的组织穿透深度和较低的自发荧光受到了学术界的广泛关注。

2009年,美国斯坦福大学率先开展此类研究。与国际研究同步,王强斌团队同时期也在苏州纳米所积极开展近红外二区量子点研究,于2010年在国际上首先报道了一种新型的Ag2S近红外量子点体系。

“近红外Ⅱ区荧光(波长1000-1700 nm)相比较传统的荧光(波长400-900nm)成像来讲,因为活体组织对它的吸收和散射效应大大降低,因此在活体水平上可以实现更深、更清晰和更快的荧光成像,是提供原位、实时、动态活体影像的一个重要手段。这种厘米尺度的穿透深度和微米水平的空间分辨率是原来荧光活体成像技术实现不了的”。王强斌表示,借助这种新技术,可以看到之前荧光活体成像所看不到的一些生理或病理过程。

据悉,该项目先后获得国家杰出青年基金、中科院战略先导专项、国家973研发计划、国家重点研发计划和江苏省杰出青年基金的大力支持。

国内唯一!苏州纳米所“近红外Ⅱ区影像技术”助力生命科学研究

在2014年,王强斌团队获得苏州工业园区“领军人才”项目支持,成立苏州影睿光学科技有限公司,大力推动近红外Ⅱ区影像技术的转化。作为国内唯一一家可以提供近红外Ⅱ区影像技术设备及技术支持的公司,设备已经出口美国、德国以及国内机构,包括中科院、苏州大学、武汉大学、西安电子科技大学等院校,并且为华山医院、鼓楼医院、苏州大学附属第一人民医院等提供技术服务。

可视化手段 助力人类健康研究

基于目前的研究,王强斌认为该技术在肿瘤靶向治疗和基于干细胞的再生医学领域有着非常强大的应用前景。通过这一项影像技术,可以通过小动物模型研究,优化肿瘤药物的靶向递送过程,避免药物对人体正常器官的损坏,减少肿瘤病人化疗产生的毒副作用;也可以清楚地看到经过移植的干细胞在体内是怎么参与修复的过程,这些都是原来的影像技术所不能实现的。

此外,该技术在药物筛选方面也具有不可替代的优势。“比如在做蛋白质药物的研究时,以往并不知道蛋白质药物在体内的药代和药动以及如何发挥药物效能。通过近红外Ⅱ区影像的可视化手段,就可以清晰地看到,蛋白质药物给药后在体内的行为。这也为药企开展药物研究提供了技术支持。”王强斌对此进一步解释。

国内唯一!苏州纳米所“近红外Ⅱ区影像技术”助力生命科学研究

在王强斌团队的实验室里,有一台x射线成像设备正在被改造,这是王强斌团队正在做的下一步研究,以近红外Ⅱ区影像技术为核心,通过与其它影像技术融合,进一步拓展它的应用范围。与临床影像技术有效结合以期提供更丰富的影像学信息,为基础科研和临床实践提供更加强有力的影像工具,服务人类的健康。

目前,苏州纳米所正在和中国食品药品检定研究院合作,开展近红外Ⅱ区影像探针Ag2S量子点的临床前安全评估。一旦中国食品药品检定研究院能够认证Ag2S量子点的临床安全性,王强斌团队将会积极开展该技术的临床研究,以及临床运用。

国内唯一!苏州纳米所“近红外Ⅱ区影像技术”助力生命科学研究

“期望这项我们具有完全自主知识产权的先进影像技术,在今后的生命科学研究和临床医学实践中,发挥越来越重要的作用。”王强斌如是表达该项技术的发展愿景。

【注】相关论文在线发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201500997)上

(整理自MaterialsView China、苏州工业园区新闻中心)

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