综述：生物纳米系统在肿瘤荧光引导手术中的应用：增强实体瘤诊断和治疗模式的适用性综述

本综述系统阐述了生物纳米系统（NS）与近红外（NIR）荧光染料结合在肿瘤荧光引导手术（FGS）中的前沿进展。文章重点探讨了如何利用生物源性NS（如脂质体、蛋白质NS、细胞外囊泡EVs）负载临床批准的染料（如ICG、IRDye800CW），以增强肿瘤靶向性、成像对比度，并整合光动力疗法（PDT）和光热疗法（PTT）等功能，旨在克服传统FGS在肿瘤特异性、信号稳定性及治疗协同性方面的局限，为精准肿瘤学开辟新途径。

　　

引言

手术是实体瘤多模式治疗的基石，但实时准确识别肿瘤边界仍是一大挑战。平衡肿瘤彻底切除与健康组织保护对于降低残留病灶和局部复发风险至关重要。荧光引导手术（FGS）作为一种新兴技术，通过使用在肿瘤组织中积累的荧光造影剂（即荧光团），为外科医生提供实时、高对比度的肿瘤可视化，从而有望提高切除精度，支持微创手术。FGS的潜力不仅限于诊断，一些染料还具有光热和/或光动力能力，可在肿瘤减灭后根除残余癌细胞。

尽管FGS前景广阔，但成功转化为临床应用的荧光团数量有限。这主要归因于三个因素：荧光团本身的发展（需要高信背比STB和低光漂白）、成像设备的能力限制，以及最关键的是，大多数成像剂缺乏肿瘤特异性靶向能力。纳米技术为解决靶向挑战提供了可能。生物纳米系统（NS）是源于生物或由生物衍生材料（如蛋白质、脂质、细胞外囊泡EVs）构成的纳米级平台，具有固有的生物相容性和可降解性，可用于FGS的诊断和治疗目的。

临床批准的近红外染料用于荧光引导手术

仅有少数用于FGS的近红外染料获得临床批准，反映了监管机构对安全性和有效性的严格要求。

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  吲哚菁绿（ICG）：作为历史悠久的FDA批准染料，ICG因其光谱特性、数毫米的组织穿透深度和低毒性被广泛用于FGS。它可用于前哨淋巴结定位、肝胆成像等。ICG还具有PTT和PDT能力。然而，ICG是非靶向性试剂，主要通过增强的渗透性和滞留（EPR）效应在肿瘤中积累，可能导致背景噪声，且其光稳定性差、半衰期短。
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  5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）：这是一种代谢前体药物，在恶性细胞（如胶质瘤）内代谢产生荧光化合物原卟啉IX（PpIX）。在蓝光照射下，PpIX发出红色荧光，用于FGS；同时，PpIX能产生活性氧（ROS），用于PDT。但其荧光需要蓝光激活，组织穿透浅，且仅适用于特定遗传背景的肿瘤。
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  亚甲蓝（MB）：用于乳腺癌前哨淋巴结定位、甲状旁腺识别等。其成本低、安全性好，但荧光较弱，组织穿透有限，且缺乏肿瘤靶向性。
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  IRDye800CW：其发射波长在深近红外范围（约800 nm），允许更深的组织穿透，且水溶性高，主要通过肾脏清除。关键优势在于其易于与靶向癌症特异性标志物的单克隆抗体（mAb）功能化，从而获得具有增强肿瘤选择性的NS。
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  S0456：IRDye800CW的衍生物，发射波长在790-805 nm，常与靶向剂（如叶酸类似物）结合用于特异性肿瘤检测。
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  IRDye700DX（IR700）：一种酞菁基染料，主要用于近红外光免疫治疗（NIR-PIT）。它与肿瘤靶向mAb结合，在近红外光（约689 nm）激活下诱导细胞膜损伤和快速细胞死亡，且不依赖分子氧，在缺氧肿瘤环境中尤其有效。

此外，具有更深穿透力和更低自发荧光的第二近红外窗口（NIR-II）染料也受到关注，但目前研究仍处于临床前阶段。

用于荧光引导手术的生物纳米系统

将NIR染料整合到生物NS中，已成为增强生物医学成像对比度和特异性的有效策略。

ICG基生物纳米系统

将ICG封装到NS中可以稳定其光物理状态，防止聚集，延长荧光寿命，从而提高量子产率。基于ICG的NS在FGS、PDT和PTT方面展现出巨大潜力。

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  应用实例：
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    透明质酸纳米颗粒（NanoICG）：在乳腺癌模型中比游离ICG提供更高的肿瘤组织对比度，有助于更准确识别手术中的肿瘤边界。
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    PEG化人血清白蛋白NS：与核靶向肽结合，增强ICG的细胞摄取和ROS生成，提高PDT疗效。
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    叶酸靶向脂质纳米颗粒：共同负载ICG和氧气，克服肿瘤缺氧，增强卵巢癌PDT效果。
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    乳铁蛋白仿生纳米平台（L-D-I/NPs）：靶向胶质母细胞瘤（GBM），通过诱导铁死亡抑制肿瘤进展。
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    缺氧响应性脂质聚合物纳米颗粒：负载ICG和阿霉素（DOX），用于胶质瘤的FGS以及结合PDT/PTT/化疗的多模式治疗，防止术后复发。
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    细胞外囊泡（EVs）：来自患者血浆或特定细胞系的EVs负载ICG，显示出肿瘤靶向特性，有望用于精确肿瘤边缘识别。植物来源的纳米囊泡（如芦荟）负载ICG也显示出成本效益和安全性。

ICG还能形成J-聚集体，这些超分子结构能增强其稳定性和光热转换效率，是复杂NS的一种有前景的替代方案。

5-ALA和MB基生物纳米系统

NS被开发用于改善5-ALA和MB的稳定性、生物利用度和靶向特异性。

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  5-ALA NS：例如，脂质体共同递送5-ALA和铁螯合剂去铁胺（DFO），可减少细胞内铁可用性，防止PpIX过快转化为无光敏性的血红素，从而延长PpIX积累时间，增加ROS生成和DNA损伤。茶多酚基NS与微针结合，可改善5-ALA的皮肤渗透和瘤内递送。
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  MB NS：例如，聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）包被的MB纳米颗粒（MBNPs）可增强光热转换和ROS生成，用于级联PDT和PTT。叶酸修饰的牛血清白蛋白（BSA）包被的二氧化硅NS负载MB和DOX，可实现肿瘤pH和氧化还原条件触发的控制释放。

然而，5-ALA的组织穿透浅限制了其应用，而MB的荧光相对较弱，这些局限性使得它们在临床FGS中的应用面临挑战。

IRDye800CW基纳米系统

IRDye800CW主要通过与肿瘤特异性单克隆抗体（mAb）结合形成纳米偶联物（NC）来使用，实现了高度的肿瘤靶向性。

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  应用实例：
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    帕尼单抗（抗EGFR）-IRDye800CW：在头颈鳞状细胞癌（HNSCC）、胶质母细胞瘤（GBM）、胰腺导管腺癌（PDAC）等模型的临床前和临床研究中，显示出增强的肿瘤可视化和精确的边界划定。
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    贝伐珠单抗（抗VEGF）-IRDye800CW：用于脑膜瘤和PDAC的FGS，在临床试验中证明可改善肿瘤残留检测。
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    曲妥珠单抗（抗HER2）-IRDye800CW：用于HER2阳性乳腺癌的靶向成像。
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    其他靶点：如针对尿激酶型纤溶酶原激活物受体（uPAR）的抗体片段-IRDye800CW，也在胶质瘤和结直肠癌模型中显示出前景。

这些抗体-IRDye800CW偶联物是临床准备度最高的NS之一，已有大量I期和II期临床试验进行中。

IRDye700DX基纳米系统和OTL38

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  IRDye700DX（如Akalux?）：主要用于近红外光免疫治疗（NIR-PIT）。它与mAb（如西妥昔单抗）结合，在NIR光激活下引起靶向癌细胞的特异性坏死。这种氧非依赖性机制在缺氧肿瘤环境中具有优势。针对复发HNSCC的III期临床试验正在进行中，并在日本获得批准。
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  OTL38（Pafolacianine, Cytalux）：一种叶酸受体靶向的荧光成像剂（S0456染料与叶酸衍生物结合），已获FDA批准用于卵巢癌和肺癌的FGS。临床试验表明，它能有效识别传统方法可能遗漏的额外癌组织，有助于实现完全肿瘤切除。

产生临床影响的前景

对不同染料基NS的比较分析揭示了它们在生物利用度、靶向性、可重复性、成本效益和临床适用性方面的差异。

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  ICG基NS：应用广泛，前景广阔。其中，基于临床兼容材料（如白蛋白、乳铁蛋白）的NS因其生物相容性和靶向潜力而特别有前景。脂质纳米颗粒由于其可扩展的制造工艺和靶向策略（如叶酸受体靶向），也显示出良好的转化潜力。然而，长期安全性和标准化生产仍需进一步评估。
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  5-ALA和MB基NS：5-ALA因穿透深度有限，其NS可能仍局限于浅表组织靶向。MB NS虽具有双模式潜力，但其较弱荧光和中等靶向能力限制了其在临床FGS中的广泛应用。
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  IRDye800CW基抗体NC：在临床准备度方面最为先进，与现有成像设备兼容，且正在进行多项临床试验，是肿瘤靶向FGS领域的领跑者。但其应用受限于特定靶点（如EGFR）的表达。
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  OTL38：其获批是一个重要的监管里程碑，但临床效用局限于叶酸受体阳性肿瘤，且存在非靶组织摄取和穿透深度限制等问题。

未来研究应优先考虑使用临床批准材料以确保生物相容性和安全性，开发可生物降解的探针，建立符合药品生产质量管理规范（GMP）的标准化的制造和质量控制协议，并探索替代给药途径（如局部喷雾）。将人工智能用于术中荧光量化以及设计结合无机载体亮度和生物平台降解性的混合NS，也是值得探索的方向。

结论

生物NS与NIR染料的整合正在迅速改变肿瘤FGS的格局。ICG和IRDye800CW是当前研究的焦点，其中与单克隆抗体结合的IRDye800CW纳米偶联物在临床转化方面最为成熟。相比之下，5-ALA和MB的NS应用相对较少，而OTL38的批准标志着该领域的重要进展。未来，推动标准化制备方法、系统研究NIR-II生物NS、建立可扩展的GMP生产流程以及进行结合治疗终点的前瞻性临床试验，对于验证这些NS的临床价值至关重要。过于复杂的NS设计未必优于简单、成熟的系统，务实的态度对于临床转化至关重要。