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《Advanced Science》文獻(xiàn):多模態(tài)成像引導(dǎo)腫瘤光熱化療新突破

瀏覽次數(shù):79 發(fā)布日期:2025-6-18  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
癌癥治療的精準(zhǔn)性依賴于對腫瘤微環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。廈門大學(xué)與第四軍醫(yī)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種光聲成像(PA)-光學(xué)相干斷層掃描血管成像(OCTA)-激光散斑成像(LS)多模態(tài)光學(xué)監(jiān)測系統(tǒng),首次實(shí)現(xiàn)腫瘤熱化療全程的“宏觀生理引導(dǎo)+微觀結(jié)構(gòu)-功能驗(yàn)證”。該技術(shù)通過PA成像實(shí)時(shí)追蹤腫瘤血氧飽和度(SaO2)和藥物富集動(dòng)態(tài),利用OCTA以微米級分辨率量化微血管密度(MVD)變化,結(jié)合LS成像動(dòng)態(tài)監(jiān)測血流速度(相對血流量RBF),形成從毫米到微米尺度的完整評估鏈。在U87-MG膠質(zhì)瘤小鼠模型中,研究證實(shí)該策略可精準(zhǔn)捕捉載藥納米片(5-Fu-Si NSs)治療前后的腫瘤血管塌陷、血流抑制等關(guān)鍵生理響應(yīng),為納米藥物療效評估提供了全新技術(shù)范式。

該研究由馬恒(第四軍醫(yī)大學(xué))和趙慶亮(廈門大學(xué))擔(dān)任通訊作者,黃豆豆、王廣興等為共同第一作者,相關(guān)成果發(fā)表于國際期刊《Advanced Science》。

重要發(fā)現(xiàn)

 


01光聲成像:腫瘤生理狀態(tài)的“偵察兵”
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):通過靜脈注射5-Fu-Si納米片(一種載藥光熱材料),利用光聲/超聲多模式成像系統(tǒng)監(jiān)測腫瘤區(qū)域的血氧飽和度(SaO2)和血紅蛋白含量(HbT)。

關(guān)鍵結(jié)論
藥物富集驗(yàn)證:注射后5小時(shí),腫瘤部位PA信號強(qiáng)度達(dá)峰值,為初始值的3.6倍,表明納米片在腫瘤區(qū)域高效富集。

血流動(dòng)力學(xué)評估:治療前腫瘤中心SaO2顯著低于邊緣,提示缺氧微環(huán)境;熱化療后SaO2回升,反映血管再通和氧供改善。

宏觀治療引導(dǎo):PA成像可實(shí)時(shí)反饋腫瘤血管化程度,指導(dǎo)激光熱療的能量調(diào)節(jié),避免過度治療導(dǎo)致的組織損傷。

02光學(xué)相干斷層掃描血管成像:微血管網(wǎng)絡(luò)的“顯微鏡”
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):對荷瘤小鼠進(jìn)行長期OCTA掃描,量化治療前后微血管密度(MVD)和形態(tài)變化。

關(guān)鍵結(jié)論
血管結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)追蹤:腫瘤生長早期,中心血管塌陷、邊緣新生血管形成;熱化療后,腫瘤整體血管網(wǎng)絡(luò)密度降低40%,且邊緣血管呈現(xiàn)異常擴(kuò)張。

治療效果對比:單純化療組僅輕微抑制血管生成,而熱化療組(5-Fu-Si NSs+激光)可顯著破壞血管完整性,導(dǎo)致腫瘤缺血性壞死。
精準(zhǔn)評估工具:OCTA的三維重建圖像可清晰顯示藥物分布與血管損傷的空間關(guān)系,為評估納米藥物療效提供直接證據(jù)。

03激光散斑成像(LS):血流動(dòng)力學(xué)的“實(shí)時(shí)記錄儀”
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):利用激光散斑技術(shù)監(jiān)測腫瘤中心及邊緣區(qū)域的相對血流量(RBF)變化。
關(guān)鍵結(jié)論
血流速度量化:腫瘤生長早期,中心RBF較正常組織降低30%;熱化療后,周邊RBF恢復(fù)至正常水平的80%,而中心RBF仍處于低灌注狀態(tài)。

    治療響應(yīng)差異:單純化療組RBF僅短暫升高,而熱化療組可長期抑制腫瘤血流,有效阻斷營養(yǎng)供給。

    功能-結(jié)構(gòu)聯(lián)合分析:LS與OCTA結(jié)合發(fā)現(xiàn),血管密度降低與血流速度下降呈正相關(guān)(R²=0.82),揭示了治療后腫瘤微環(huán)境的雙重破壞機(jī)制。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
01多模態(tài)成像的協(xié)同突破
傳統(tǒng)單一成像技術(shù)面臨“分辨率-穿透深度”的矛盾:PA成像穿透深度達(dá)毫米級但分辨率較低,OCTA和LS雖能實(shí)現(xiàn)微米級分辨率,但成像范圍有限。本研究通過三重技術(shù)互補(bǔ),構(gòu)建了從宏觀到微觀的完整監(jiān)測鏈:

PA成像提供腫瘤整體生理參數(shù)(如SaO2、HbT),指導(dǎo)治療方案調(diào)整;

OCTALS分別從結(jié)構(gòu)(血管密度)和功能(血流速度)維度驗(yàn)證治療效果,形成“宏觀引導(dǎo)-微觀驗(yàn)證”的閉環(huán)。

02納米治療的精準(zhǔn)評估
研究設(shè)計(jì)的5-Fu-Si納米片兼具光熱效應(yīng)和化療功能。通過PA成像可實(shí)時(shí)追蹤納米片在腫瘤內(nèi)的富集動(dòng)態(tài),而OCTA和LS則量化其對血管和血流的雙重破壞作用。這種成像-治療一體化策略不僅提高了治療效率,還為評估納米藥物的體內(nèi)行為提供了標(biāo)準(zhǔn)化方法。

03長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測的可行性
在U87-MG荷瘤小鼠模型中,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從腫瘤生長到治療后30天的全程監(jiān)測,揭示了腫瘤血管生成與治療響應(yīng)的時(shí)序關(guān)系。這一技術(shù)突破為研究腫瘤復(fù)發(fā)機(jī)制和優(yōu)化治療方案提供了新范式。

總結(jié)與展望
這項(xiàng)研究通過光學(xué)成像技術(shù)的跨學(xué)科創(chuàng)新,將腫瘤治療的監(jiān)測精度從“器官層面”推進(jìn)至“單細(xì)胞血管網(wǎng)絡(luò)”層面。其核心價(jià)值不僅在于揭示了熱化療對腫瘤微環(huán)境的雙重破壞機(jī)制(血管結(jié)構(gòu)毀損+血流功能抑制),更在于建立了一套可復(fù)制、可標(biāo)準(zhǔn)化的多模態(tài)評估體系——該技術(shù)基于現(xiàn)有光學(xué)設(shè)備(如臨床可用的OCTA系統(tǒng)),無需額外硬件投入即可升級為“成像-治療一體化平臺(tái)”,具備快速臨床轉(zhuǎn)化潛力。未來,隨著光學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展(如更高分辨率的OCTA、更深穿透的PA成像),多模態(tài)成像有望從實(shí)驗(yàn)走向臨床,成為腫瘤診療的“標(biāo)配”工具。同時(shí),結(jié)合人工智能算法對多源數(shù)據(jù)的深度挖掘,或?qū)⒔怄i腫瘤治療的全新策略。

論文信息
聲明:本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Huang D, Wang G, Mao J, Liu C, Fan Z, Zhang Y, Zhang B, Zhao Y, Dai C, He Y, Ma H, Liu G, Chen X, Zhao Q. Intravital Whole-Process Monitoring Thermo-Chemotherapy Via 2D Silicon Nanoplatform: A Macro Guidance and Long-Term Microscopic Precise Imaging Strategy. Adv Sci (Weinh). 2021 Aug;8(16):e2101242.

DOI:10.1002/advs.202101242. 

發(fā)布者:羅輯技術(shù)(武漢)有限公司
聯(lián)系電話:13260667811
E-mail:logiscience@163.com

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