利用NIR-II納米傳感器無創(chuàng)實時監(jiān)測體內(nèi)免疫細胞與腫瘤細胞的相互作用

         免疫細胞治療是一種革命性的癌癥治療方法，利用免疫細胞的力量選擇性地靶向并消滅腫瘤細胞。然而，由于傳統(tǒng)影像學(xué)方法需要每2-3周進行一次評估，該療法的臨床應(yīng)用往往受到延遲治療評估的限制。為了解決這一關(guān)鍵挑戰(zhàn)，研究團隊最新的研究開發(fā)了一種非侵入性納米傳感器C8R-DSNP，旨在第二近紅外長波段（NIR-II-L，1500-1900 nm）特異性實時監(jiān)測免疫細胞活動。這一創(chuàng)新策略顯著增強了深層組織成像能力，并加速了對治療效果的評估（僅需4.5小時）。

         新型納米傳感器用于快速檢測免疫細胞-癌細胞相互作用
         研究團隊首先合成了核/多殼結(jié)構(gòu)的立方相鉺摻雜下轉(zhuǎn)換納米粒子，實現(xiàn)了在808 nm和980 nm處的雙激發(fā)，并且可以同時發(fā)出1532 nm的NIR-II-L熒光。之后通過在DSNPs表面修飾caspase-8（該酶在NK-92細胞與腫瘤細胞相互作用過程中被激活，是關(guān)鍵的外源性凋亡啟動標志物）的特異性底物以及吲哚菁綠（ICG），成功制備了可特異性識別caspase-8的新型NIR-II-L比率型納米傳感器（C8R-DSNP），用于實時監(jiān)測NK細胞介導(dǎo)的免疫治療。由于吸收競爭誘導(dǎo)發(fā)射效應(yīng)，ICG以及可作為808 nm激發(fā)的濾光層，大幅淬滅C8R-DSNP的1532 nm熒光（99%），而980 nm激發(fā)下的熒光信號基本不受影響。這一設(shè)計使C8R-DSNP在caspase-8酶切后能迅速恢復(fù)808 nm激發(fā)熒光，實現(xiàn)對免疫細胞介導(dǎo)的腫瘤細胞凋亡的高靈敏度檢測。通過比率式NIR-II-L熒光成像，我們成功捕捉到NK-92細胞在小鼠模型中與腫瘤細胞動態(tài)相互作用的實時情況。成像結(jié)果顯示，在NK-92細胞注射后短短4.5小時內(nèi)，腫瘤細胞已開始發(fā)生凋亡——相比傳統(tǒng)評估方法，大大縮短了免疫細胞治療的評估時間。除了體內(nèi)成像外，我們還通過體外尿液成像驗證了凋亡過程的啟動，檢測到了被切割的熒光分子，提供了一種替代性的非侵入性療法監(jiān)測方法。
 
圖1：（a）C8R-DSNP的比率熒光檢測機制；（b）連接不同濃度 ICG-NHS 后C8R-DSNP 在FL_{Ex808 nm} 和（c）FL_{Ex980 nm} 的NIR-II-L熒光強度；（d）不同時間點小鼠在 980 nm和 808 nm激發(fā)下的NIR-II-L 比率熒光圖像；（e）不同組尿液中 ICG片段的熒光強度及其統(tǒng)計分析。統(tǒng)計值以平均值 ± s.e.m 表示；NS 表示無顯著性，***P < 0.001（n = 3）。

         實時追蹤免疫單細胞在腫瘤微環(huán)境中的動態(tài)變化
         此外，免疫細胞治療過程中，了解NK細胞如何在腫瘤微環(huán)境中遷移并發(fā)揮作用，對于優(yōu)化治療策略至關(guān)重要。因此，研究團隊利用 C8R-DSNP 標記 NK-92 細胞，并將其回輸至腫瘤小鼠體內(nèi)，連續(xù)8小時對血管內(nèi)和腫瘤組織中的NK細胞進行單細胞追蹤。并且，高時空分辨率的NIR-II-L顯微成像揭示了NK-92細胞在從腫瘤邊緣的外圍血管逐步遷移至腫瘤實質(zhì)的過程：在腫瘤實質(zhì)中，NK-92 細胞以 51.5 μm/s ~ 0.0 μm/s低速爬行，進入血管后速度增至 238 μm/s。這對了解NK細胞在腫瘤微環(huán)境中的動態(tài)遷移模式提供了新的依據(jù)。
 
圖 2. （a）NK-92 細胞在腫瘤組織血管中的時間軸成像。（b）NK-92 細胞在腫瘤部位的實時NIR-II-L 顯微成像示意圖。（c）不同區(qū)域和時間點 NK-92 細胞（紫色）在腫瘤血管（綠色）中的相應(yīng)多重 NIR-II-L 圖像。白色箭頭指向外滲的 NK-92 細胞。（d）不同時間下在i-iv區(qū)域分別收采集到的的 NK-92 細胞的數(shù)量統(tǒng)計。（e）單個 NK-92 細胞（紫色）從腫瘤血管（綠色）到實質(zhì)組織的軌跡追蹤（白色虛線）。（f）對（e）中 NK-92 細胞從血管浸潤到腫瘤實質(zhì)的平均速度的統(tǒng)計分析。統(tǒng)計值以平均值 ± s.e.m. 表示；NS 表示無顯著性，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001（n = 3）。
 
參考文獻：L. Huang, J. Ming, Z. Wang, J. Wu, B.Yun, A. Liang, Y. Fan, F. Zhang, Noninvasively Real-time Monitoring In-vivo Immune Cell and Tumor Cell Interaction by NIR-II Nanosensor. Adv. Mater. 2025, 2420329. http://doi.org/10.1002/adma.202420329
   
         文中利用近紅外二區(qū)小動物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了NIR-II-L窗口的小鼠免疫細胞治療過程的熒光成像。
 
         該小動物活體成像系統(tǒng)功能強大，相機性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機可供選擇。檢測靈敏度高，可實現(xiàn)大視野以及局部小動物高信噪比和高分辨活體成像。自主開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實時反映儀器狀態(tài)，自動化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費升級。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場景多樣化，可用于小動物近紅外二區(qū)寬場成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計，成像功能亦可進一步升級擴展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測試、多通道成像與原位光譜測試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測、藥物追蹤與活體原位疾病檢測等。
   
M-NIR-II是一款新型近紅外二區(qū)顯微成像系統(tǒng)，針對近紅外二區(qū)光進行特定的光路設(shè)計和優(yōu)化，模塊化的組成能夠使系統(tǒng)同時使用兩個甚至三個深度制冷的InGaAs相機，獲得深層次的顯微成像能力，能夠幫助用戶實時動態(tài)的活體示蹤多種不同標記物。相比于傳統(tǒng)的可見光顯微鏡，M-NIR-II具有更深的穿透深度、更高的分辨率和信噪比。配備多款不同倍數(shù)的物鏡，能夠實現(xiàn)多種微區(qū)視野成像，可外接多種不同波長的激光器，用于探針的多重激發(fā)，搭配的多通道小動物麻醉系統(tǒng)可實現(xiàn)多只小鼠同時成像。該系統(tǒng)可用于腫瘤局部成像、微血管造影、細胞染色實驗、活體細胞示蹤、免疫細胞互作機理研究、癌細胞遷移、病理切片分析等。