国家纳米科技中心有望实现血氧饱和度可视化监测，Nature Nanotechnology | 用户成果速递

肿瘤细胞的代谢活动依赖于从周围血管中汲取的氧气和养分，以维持其异常的增殖、侵袭和转移行为。大量的研究工作已经表明，不同肿瘤之间存在显著的代谢微环境异质性，而这种代谢微环境的异质性还会严重影响针对肿瘤代谢特异性药物的有效性。

肿瘤组织内部及其周围血管中的血红蛋白负责氧气分子的运输，因此在活体原位条件下对肿瘤相关血管中血氧饱和度水平的可视化监控和定量化分析，有助于有效评估肿瘤组织细胞的代谢水平和代谢微环境，从而为肿瘤学研究和临床诊断预测提供更精确、更全面的关键信息。

国家纳米科学中心钟业腾研究员、胡志远研究员和陈春英研究员联合开发了一种非侵入性体内 sO₂ 成像技术，基于近红外 IIb（NIR-IIb；1500-1700nm）窗口的光致发光生物成像技术来观察健康组织和肿瘤组织的 sO₂ 水平。能够透过完整的小鼠头皮/颅骨实时动态可视化脑动脉和静脉的 sO₂，该成像与血液动力学分析结果一致。

利用该无创 sO₂ 成像技术，对各种癌症模型的肿瘤相关血管 sO₂ 水平进行了评估。研究人员还通过动态双通道近红外 -IIb 成像同时监测肿瘤血管 sO₂ 和 PD-L1 表达情况，对检查点阻断癌症免疫疗法的有效应答进行评估，为肿瘤免疫治疗的疗效预测提供了一种全新的方法。

实验过程中需要针对稀土纳米探针进行光谱表征，HORIBA Fluorolog-QM? 系列模块化科研级稳瞬态荧光光谱仪有幸为这项研究提供帮助 。

① pEr 发射光谱

Fluorolog-QM? 测试了 pEr 荧光探针在油相环己烷和水相中的发射光谱，表明纳米颗粒能被 650 nm，808 nm，和 980 nm的光源激发，发射峰位置都在在 NIR-IIb 窗口内，且发射光谱位置不受溶剂相的影响。

pEr 的发射光谱

② pEr 量子产率

Fluorolog-QM? 对 pEr 荧光探针量子产率的表征能够展示该纳米材料的发光效率，如果量子产率太低，则无法在生物体内进行应用，高量子产率的荧光探针是进行生物活体成像的前提条件。

pEr 纳米探针在同激发光激发下的量子产率

③ ErNPs 发射光谱

Fluorolog-QM? 对 ErNPs 发射光谱的表征，其意义在于确定其发射峰位置明该材料都在 NIR-IIb 窗口内具有发射峰，是搭建 NIR-IIb 和双通道成像系统的前提条件，为研究组下一步的工作计划奠定基础。

ErNPs 的发射光谱

“我认为由于 NIR-IIb 成像技术有望实现更高的空间分辨率，使得对生物组织内部结构的观察更加清晰，同时能够更深入地穿透生物组织，提高成像深度。这些技术上的优势在宏观层面上将会推动癌症和神经系统疾病等方面精准医学诊断与治疗，并且有望于无创的检测和影像引导手术，为医生提供更精准的导航和定位，减少手术风险。在微观层面上，推动对细胞、分子水平的观察，促进了药物研发、疾病机制的研究等。”方治国博士（来自国家纳米科技中心钟业腾研究员课题组）表示。

作者简介

钟业腾 

国家纳米科学中心研究员，博士生导师

2020年7月加入国家纳米科学中心。近年来一直从事稀土发光纳米颗粒的研究。课题组的主要研究方向有：1）新型有机、无机近红外二区发光材料的研究与制备；2）近红外二区显微成像系统的研发与搭建；3）基于无创/微创近红外二区动态活体成像的脑神经科学与肿瘤学研究。

引用文章

Fang Z , Wang C , Yang J ,et al.Oxyhaemoglobin saturation NIR-IIb imaging for assessing cancer metabolism and predicting the response to immunotherapy[J]. Nature Nanotechnology, 2023, 19(1):124-130.DOI:10.1038/s41565-023-01501-4.

撰稿人 | 方治国（国家纳米中心）

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