这是一篇关于新型近红外二区荧光探针用于腹膜转移癌超高灵敏检测的研究报告。该研究由中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的王强斌研究员团队与同济大学附属上海市肺科医院的杨洋教授团队合作完成，主要作者包括文秋香、张叶俊、李春艳等。这项原创性研究成果作为“通讯”（Communication）文章被国际顶级化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》接收，并于2019年在线发布。
一、 研究背景与科学问题
本研究属于生物医学成像与纳米医学领域。腹膜转移癌（peritoneal carcinomatosis）是卵巢癌、肠癌、胰腺癌等多种恶性肿瘤晚期常见的转移方式，因其早期无症状，患者五年生存率极低，仅为10-20%。目前，肿瘤细胞减灭术（cytoreductive surgery, CRS）是治疗腹膜转移癌的常规手段，其预后与肿瘤切除的彻底性密切相关。研究表明，彻底清除直径小于1毫米的微小转移灶能显著提高患者生存率。然而，由于肿瘤组织与正常组织在视觉上对比度差，外科医生在术中难以精准识别并完全切除所有微小病灶，这构成了巨大的临床挑战。
荧光引导手术（fluorescence-guided surgery）因其高灵敏度、高特异性、实时性和无电离辐射等优点，成为解决这一难题最有前景的方案之一。然而，传统的可见光区（400-700 nm）和近红外一区（NIR-I, 700-950 nm）荧光探针因组织穿透深度浅（仅毫米级）、空间分辨率低及组织自发荧光干扰强等问题，严重限制了其在微小肿瘤灶检测中的效能。新近兴起的近红外二区（NIR-II, 1000-1700 nm）荧光成像技术具有组织穿透深（厘米级）、空间分辨率高（约10微米）和近乎零的组织自发荧光等独特优势。尽管量子点（quantum dots, QDs）等NIR-II探针发展迅速，但对于腹膜转移中那些尚未形成血管化的微小转移灶（直径小于1毫米），无法依赖常规的增强渗透与滞留（enhanced permeability and retention, EPR）效应实现探针富集，其高灵敏检测仍是一个重大难题。因此，本研究旨在开发一种新型NIR-II荧光探针，通过非EPR依赖的递送策略和增强的靶向能力，实现对腹膜微小转移灶的超高灵敏检测和精准手术切除。
二、 研究流程与方法
本研究的核心工作流程包括：新型NIR-II纳米链探针的构建与表征、体外细胞水平验证其靶向性能与机制、以及构建活体腹膜转移癌模型进行影像引导手术的效能评估和生物安全性评价。
首先，研究团队设计并合成了一种独特的链状NIR-II荧光纳米探针，命名为APP-Ag₂S-RGD。其构建分三步：（1）通过两亲性多肽（amphiphilic peptide, APP）自组装成纳米链（APP nanochain）结构作为骨架；（2）通过化学交联法将具有优良NIR-II荧光性能的硫化银量子点（Ag₂S QDs）修饰到APP纳米链上；（3）再通过化学交联法将能特异性靶向肿瘤细胞表面整合素受体αvβ3的靶向肽RGD连接到该结构上。作为对照，团队也制备了无纳米链骨架的靶向探针Ag₂S-RGD。该部分所涉及的实验方法包括：利用原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）进行形貌表征，证实了APP-Ag₂S-RGD呈线性链状组装结构，而非Ag₂S-RGD的单个分散态；通过动态光散射（DLS）和zeta电位分析，证实了其均一的尺寸分布和RGD修饰后的表面电荷变化。光学表征显示，APP-Ag₂S-RGD保留了Ag₂S QDs优良的NIR-II荧光特性，其吸收光谱宽，并在1200 nm处有强荧光发射。通过定量计算，最终探针中APP纳米链、Ag₂S量子点和RGD肽的摩尔比约为1:7:1240。在不同盐浓度和pH环境中进行的荧光稳定性测试表明，该探针在6天内仍能保持80%以上的初始荧光强度，显示出优异的光学稳定性。
其次，在体外细胞层面，团队利用αvβ3阳性的人胶质母细胞瘤细胞（U87-MG）和阴性的人乳腺癌细胞（MCF-7）验证了探针的靶向能力。使用覆盖400-1700 nm光谱的宽谱荧光显微镜观察发现，在相同Ag₂S QDs浓度下，APP-Ag₂S-RGD处理的U87-MG细胞内荧光信号比Ag₂S-RGD处理组增强了约9倍。更重要的是，通过对处理后的细胞进行TEM超微结构分析，研究人员揭示了这种增强摄取的机制：Ag₂S-RGD组的量子点在细胞溶酶体中呈随机聚集簇状，而APP-Ag₂S-RGD组则清晰地观察到与细胞膜相互作用时保持了完整的链状结构，这种柔性几何结构（flexible geometry）和多价靶向效应（multivalent targeting）共同促进了更高效的癌细胞标记。
最后，在活体动物实验中，研究者建立了稳定表达萤火虫荧光素酶报告基因（RfLuc）的U87-MG腹膜转移癌小鼠模型。这提供了一个内源性生物发光标记，可用于验证NIR-II荧光成像的准确性。探针通过腹腔注射（intraperitoneal injection, IP）方式给药（剂量4 mg/kg），以实现不依赖EPR效应的直接肿瘤靶向。利用活体NIR-II成像系统进行术前和术中监测，结果显示，注射后3小时，探针的NIR-II荧光信号与生物发光信号高度重合，肿瘤与正常组织的信号比值（TBR）超过5，并可持续5小时以上，为手术提供了理想的时间窗口。
三、 核心研究结果
研究结果充分证明了APP-Ag₂S-RGD纳米链探针的卓越性能。
在靶向性与成像效果方面，与Ag₂S-RGD相比，APP-Ag₂S-RGD在体内显著提升了肿瘤荧光强度，并且肿瘤边界描画更为清晰。对离体肿瘤结节的定量分析显示，APP-Ag₂S-RGD引导的肿瘤与正常组织信号比（TBR）高达13.60，远超Ag₂S-RGD的3.36，表明其能实现肿瘤边界的精准定位。
在手术切除效果上，这是评价该技术临床转化潜力的关键。病理学统计结果显示，在APP-Ag₂S-RGD、Ag₂S-RGD引导和无荧光引导（裸眼）三组手术中，切除的结节总数比例为48:32:18，探针引导组切除的结节数显著更多。H&E染色病理分析确证了切除灶的肿瘤性质。通过测量肿瘤最大横截面直径，APP-Ag₂S-RGD引导切除的肿瘤平均直径为2.1 ± 1.67毫米，显著小于Ag₂S-RGD引导组（2.9 ± 1.56毫米）和裸眼组（3.96 ± 1.50毫米）。尤为突出的是，APP-Ag₂S-RGD引导技术成功切除了直径小至约0.2毫米的微小转移灶，实现了亚毫米级肿瘤的超灵敏检测。相应地，其手术切除的阳性率（切除的肿瘤结节数/总切除结节数）高达91.7%，同样优于对照组。此外，对肝、脾等实质脏器表面的深部肿瘤结节，NIR-II荧光成像比生物发光提供了更清晰的边界，通过Ki-67免疫组化染色进一步验证了其检测的特异性和准确性。
最后，在生物安全性方面，通过流式细胞术Annexin V-FITC/PI凋亡坏死检测，该探针在受试细胞中未引起显著的细胞毒性。小鼠染毒后第1天和第7天的血液学及血液生化分析显示，所有参数与对照组无统计学差异，证明其在实验剂量下具有良好的生物相容性。
四、 研究结论与意义
本研究成功开发了一种基于多肽自组装的NIR-II荧光纳米链探针APP-Ag₂S-RGD，并结合优化的腹腔注射策略，实现了对腹膜转移癌的超高灵敏检测和精准的影像引导手术。该成果的科学价值在于，其揭示了纳米探针的几何形态调控（从分散颗粒到柔性链状）可显著增强其与癌细胞的多价相互作用，为设计高效靶向探针提供了新思路。在应用价值上，该探针兼具高荧光稳定性、长肿瘤滞留时间和良好的生物相容性，能清晰显示并辅助切除直径小至0.2毫米的微小转移灶，有望极大地提高腹膜转移癌手术的彻底性，改善患者预后。
五、 研究亮点总结
本研究的亮点主要体现在以下三个层面。第一，材料设计创新：首次通过多肽自组装和化学交联策略，将NIR-II量子点构建成柔性链状纳米探针，实现了从零维粒子到一维链的结构跨越。第二，生物学机制创新：结构上的“柔性几何结构”赋予了探针“多价靶向”能力，相比传统单分散纳米粒子，它能更高效地结合并进入肿瘤细胞，这是其超高灵敏度背后的核心机制。第三，应用效能重大突破：通过结合非EPR依赖的腹腔给药和NIR-II荧光深层高分辨成像优势，将术中可检测与切除的腹膜转移灶极限推进至0.2毫米，这是目前该领域报道的最优检测水平之一，展现了巨大的临床转化前景，为未来的肿瘤术前分期、诊断和术中导航提供了强有力的新工具。