双通道近红外荧光成像精准勾勒胃癌边界的创新策略

《BIOMATERIALS RESEARCH》：Dual-Channel NIR Fluorescence Imaging for Precise Delineation of Gastric Tumor Margins

本研究针对胃癌手术中缺乏特异性近红外荧光探针的难题，开发了IR-780（800 nm）肿瘤靶向和ESS65-Cl（700 nm）正常胃组织标记的双通道成像策略。通过细胞实验和动物模型验证，证实该技术可实现肿瘤与正常组织的同步分色显影，信号背景比达3.3-4.0，为胃癌精准手术提供了新技术方案。

　　

在全球癌症负担中，胃癌始终是威胁人类健康的重大疾病。根据2020年数据，全球新发胃癌病例超过100万例，死亡病例约76.9万例，平均每13个癌症死亡病例中就有1例是胃癌患者。这种疾病在全球发病率排名第五，死亡率高居第四。更棘手的是，胃癌的诊断时机与患者死亡率密切相关，早期发现和精准治疗显得尤为重要。

传统胃癌手术面临巨大挑战。虽然手术是目前唯一能够根治胃癌的方法，但传统影像学检查手段如计算机断层扫描（CT）和普通胃镜在精确判断病变性质、定位病灶以及发现远处转移方面存在明显不足。手术成功的关键在于术中对恶性病灶和相邻正常组织的精确区分，既要保证肿瘤完整切除，又要准确划定手术边界。这就催生了对先进成像技术的迫切需求。

荧光成像技术作为精准外科的重要推手，近年来展现出巨大潜力。其中，近红外（NIR）荧光成像因其组织穿透能力强、组织吸收和光散射小、自发荧光低等优势，成为肿瘤手术导航的理想选择。然而，现有的荧光探针存在明显局限：临床常用的吲?哚菁绿（ICG）存在水溶液中稳定性差、血液清除快、量子产率低、器官特异性不强等问题。更重要的是，目前缺乏专门针对胃组织和胃癌的近红外荧光对比剂，这严重制约了荧光成像技术在胃癌手术中的应用。

针对这一技术瓶颈，研究人员开展了一项创新性研究。他们开发了一种双通道近红外荧光成像策略，使用两种特性互补的荧光探针：IR-780（800 nm通道）用于肿瘤检测，ESS65-Cl（700 nm通道）用于正常胃组织识别。这两种探针的光谱特性使其能够同时成像而不会产生光谱重叠，为外科医生提供了实时、双色的组织分化视觉引导。

研究团队采用了几项关键技术方法开展此项研究。通过细胞实验验证探针特异性，使用人胃上皮细胞（GES-1）和胃癌细胞（SGC-7901）评估探针的靶向性；建立皮下和原位胃癌移植瘤小鼠模型，通过小动物活体成像系统进行双通道荧光成像；利用药代动力学分析计算信号背景比（SBR）和肿瘤背景比（TBR）；通过组织切片和H&E染色进行病理学验证。所有动物实验均遵循ARRIVE指南，并获得相关机构动物伦理委员会批准。

光学性质研究显示，ESS65-Cl在700 nm通道显示吸收和荧光光谱，比IR-780的800 nm发射波长低约140 nm，确保双通道同时成像无光谱干扰。重要的是，ESS65-Cl在pH 1.0-9.0的宽范围内保持稳定，且在浓度≥20×10^-6 M时表现出优异的光稳定性，这些特性为其在复杂胃环境中的应用奠定了基础。

细胞水平荧光成像结果表明，ESS65-Cl在正常胃上皮细胞GES-1中产生强荧光信号，而在胃癌细胞SGC-7901中信号较弱；IR-780则呈现相反趋势，特异性靶向胃癌细胞。这种互补的靶向特性为双通道成像提供了细胞学基础。

活体成像实验证实了探针的靶向效能。在皮下胃癌模型中，IR-780注射72小时后肿瘤荧光信号最强，TBR达到4.0；ESS65-Cl在注射48小时后胃部信号达到峰值，SBR为3.3。双通道同步成像清晰展示了肿瘤（绿色）和胃组织（红色）的边界，为手术导航提供直观指导。

在原位胃癌模型中，双通道成像同样表现出色。IR-780成功标记肿瘤组织，ESS65-Cl精确勾勒胃组织边界，两者SBR和TBR均达到3.3。组织学分析进一步验证了成像结果：IR-780在胃癌组织中显示红色荧光，ESS65-Cl在正常胃组织中呈现绿色荧光，且主要器官未见明显病理损伤。

该研究的创新价值在于解决了胃癌手术中的关键难题。对于胃食管结合部腺癌等特殊类型胃癌，手术标准化一直因解剖和生物学变异而面临挑战。ESS65-Cl对小鼠前胃（相当于人类胃储存区域）的亲和性提示其转化潜力，虽然需要考虑种属差异。双通道成像通过两个不同荧光特性的互补，使外科医生能够从多维视角观察手术区域，对肿瘤位置、大小、形态及其与周围组织关系有更全面的认识。

讨论部分指出，尽管小鼠模型具有重要价值，但其胃解剖（腺胃与前胃）和免疫反应与人类存在差异。大型动物模型（如猪、狗）可能更好地模拟人类胃癌手术。临床转化还需解决多项挑战：双通道系统需要与现有手术工具（如腹腔镜相机或机器人平台）无缝集成；外源性对比剂需进行广泛的安全性评价；在不同组织类型和手术条件下确保准确配准至关重要。

未来发展方向包括将双通道成像应用于早期胃癌诊断，弥补白光内镜10%-30%的漏诊率。通过集成多维数据和人工智能（AI），可以提高诊断敏感性和特异性。潜在进展包括：开发具有近红外功能的小型化内镜用于难以到达的区域；AI辅助实时区分恶性和良性病变；通过改进边界评估增强内镜黏膜下剥离术。

综上所述，这项发表于《BIOMATERIALS RESEARCH》的研究证明，ESS65-Cl和IR-780能够分别被胃上皮细胞和癌细胞特异性摄取。双通道近红外荧光成像技术能够在皮下和原位胃癌移植瘤模型中同时、准确地进行术中胃组织和肿瘤的识别，并以不同颜色呈现。该技术为解决近端胃癌术中近端食管切除边界和胃切除范围这一长期争议问题提供了有益工具，对提高胃癌手术精度和患者预后具有重要临床意义。