由于缺乏足够的灵敏度和分辨率以及可靠的生物标志物，目前大约50%的癌症只有在晚期才被发现；目前临床可用的诊断成像方式，如计算机断层扫描(CT)，磁共振成像(MRI)和正电子发射断层扫描(PET)等，其极限成像尺寸约为1毫米，而1毫米的微小病变就已经含有约10⁵-10⁶个肿瘤细胞。当肿瘤发生转移或者复发时，其恶性病变往往是极小的，目前临床的检测技术难以实现精准的检测。所以在早期准确地发现微小的恶性病变仍然是癌症诊断和治疗的一大挑战。

图1. Ir-D在不同pH和pO2条件下的形貌和光学性质表征。

图2. 酸敏感纳米探针的细胞响应性成像和活体肿瘤特异性成像。

图3. Ir-D纳米探针对体内癌细胞、小肿瘤以及微小转移结节的检测。

  作者通过皮下植入一定数量的H22癌细胞模型，进一步评估Ir-D的成像灵敏度。在小鼠背部植入不同数量的活H22细胞后，静脉注射Ir-D，并在预定时间点对小鼠进行成像。可以观察到，与注射PBS的小鼠相比，注射Ir-D的小鼠细胞在8 h时在该区域有明显的磷光信号。并且仅注射数百个癌细胞的小鼠的信号强度比PBS组平均高约2.0倍。此外，注射后8 h注射细胞区信号强度与注射细胞数相关。为了进一步评价Ir-D在检测早期微小肿瘤病变中的灵敏度，作者通过将肿瘤细胞类器官原位植入到小鼠乳腺中构建了早期肿瘤的动物模型。并在模型建立成功后，将Ir-D静脉注射到小鼠体内对动物进行成像。结果显示，植入微小肿瘤的乳腺部位具有明显的磷光成像信号。组织切片H&E染色证实癌细胞类器官位于乳腺内，大小为260×290 μm。冷冻切片的CLSM图像也显示，植入的类器官的区域有明显的探针信号。

图4.体内外成像的对比度和穿透深度的提升研究。

  最后，作者进一步评估Ir-D纳米探针的信号穿透性，富集Ir-D探针后的肿瘤离体成像表明Ir-D的光信号可以穿透7-10 mm的组织深度，并且在深近红外波段（800-850 nm和850-900 nm）的信号在深度组织（7-10 mm）成像时穿透性要明显高于近红外波段（700-750nm和750-800nm）。作者在利用Ir-D对荷瘤小鼠在不同波长发射区域进行全身成像时，观察到随着信号收集区域转移到深近红外区域，背景信号明显减少；同时，将信号收集波长增加到深近红外区时，信噪比显著升高。在对乳腺癌肺转移模型离体成像的结果进行分波段分析时发现，在650-900 nm检测范围内的肺转移病灶成像显示出最佳的对比度和分辨率。这些结果表明，所报道的深近红外探针通过将成像波长范围扩大到深近红外区域，可以显著提高乏氧成像的对比度。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202212231