【Angew. Chem】3毫米肿瘤精准锁定，2倍以上对比信号：双价生物素探针引领图像引导手术新时代

一、研究背景：小肿瘤识别面临的挑战

随着光学影像技术的迅猛发展，基于近红外（NIR）荧光染料的成像方案被广泛用于术中肿瘤导航。然而，目前FDA批准的主流染料（如靛氰绿ICG、亚甲蓝MB）存在两个关键痛点：

• 缺乏肿瘤靶向性，常被正常组织吸收
• 常态“常亮”发光，导致高背景噪音

这使得在实际手术过程中，医生难以清晰界定肿瘤边界，尤其在处理**<3毫米**的早期肿瘤或转移病灶时，面临更大误切或漏切风险。

二、技术路线突破：三合一式智能探针设计

为解决上述问题，研究团队设计了一种基于亚甲蓝（MB）的ROS响应型双价生物素靶向探针，命名为 MB-PEG-Bio₂，融合三大关键模块：

1. 多价生物素结构：通过两个生物素单元增强对肿瘤细胞膜上生物素受体（如SMVT）的亲和力，实现更高选择性
2. ROS敏感开关：利用肿瘤微环境中高表达的活性氧，如HOCl、ONOO⁻，触发开环反应，释放荧光信号
3. 临床级染料模块：基于亚甲蓝染料（FDA认证）改构，确保成像灵敏度与生物安全性

这一“三位一体”的结构设计使得探针在激活前无光信号，“静默渗透”；进入肿瘤环境后被ROS激活，“瞬时高亮”，实现高信噪比成像。

三、合成方法与响应性能评估

合成上，研究者借助多步有机反应精确引入双PEG链与两个生物素基团，确保探针具备良好水溶性与靶向能力。

性能测试结果：

• 被HOCl激活30秒内迅速荧光增强
• 吸收峰从无到664nm迅速跃升，发射峰稳定于686nm
• 荧光强度提升超20倍，响应灵敏、选择性高

该探针对多种ROS（如ONOO⁻、•OH）均表现响应；而对常见生物干扰物（如氨基酸、金属离子）无明显信号波动。

四、细胞实验：验证靶向性与激活性

在HeLa肿瘤细胞中，该探针表现出出色的细胞膜通透性与ROS响应：

• 与无靶向能力的MB-PEG相比，双价生物素探针MB-PEG-Bio₂在3小时内显著积累并激发荧光
• 通过NAC抑制ROS后，荧光显著减弱，验证其活性氧依赖性

在对比4T1肿瘤细胞与NIH3T3正常细胞时，只有肿瘤细胞中观察到强烈荧光，证明其对肿瘤高度选择。

五、动物实验：毫米级肿瘤精准识别

在小鼠实体瘤模型中，MB-PEG-Bio₂实现了以下突破：

• 在注射后10分钟内清晰“点亮”肿瘤区域，背景组织无明显信号
• 可检测3毫米以下的微小肿瘤组织
• 在原位肝癌模型中，探针展现出优异的靶向富集与激活能力

成像数据显示，其肿瘤/背景信号比（TBR）达到：

• 1.84（静脉注射）
• 2.30（喷涂模式）

远高于ICG对照组的TBR（分别为0.71与0.60）。

六、多模态成像支持：光声成像与荧光成像“双保险”

除了近红外荧光影像，MB-PEG-Bio₂还具备强大光声成像（PA）性能，经HOCl激活后，其PA信号呈剂量依赖性增强。

在小鼠实验证实，其PA成像能动态监测肿瘤部位，扩展了深组织中肿瘤识别的手段。

七、术中导航与术后复发抑制

在模拟术中环境下对小鼠腿部肿瘤喷涂探针：

• 10分钟内形成清晰荧光对比
• 引导外科医生实现精准切除，误切极少
• 术后21天内，未见复发（对照组10天后出现新瘤）

这充分说明该探针具备极高的临床转化价值，特别适用于术中导航与保守切除。

八、安全性评估与总结

• 经细胞毒性实验与小鼠组织病理分析，MB-PEG-Bio₂对正常组织无明显毒性
• 高浓度激活下，在肿瘤环境中会释放对癌细胞具有一定毒性的中间体，对正常组织影响极小

综上所述：

MB-PEG-Bio₂不仅实现对3毫米级微小肿瘤的精准识别，还显著提升了术中成像的对比度与精度，并有效减少术后复发风险。该研究首次将**“双价靶向+ROS响应+临床染料”**三者融合，开创了可转化、精准、高对比影像探针设计的新范式。

参考文献

Liu, F.; Liu, L.; Zhang, M.; Li, J.; Li, M.; Wei, P.; Yi, T. A Multivalent Targeting Strategy for Developing Reactive Oxygen Species‐Activated Tumor‐Seeking Probe to Guide Precise Surgical Resection. Angew Chem Int Ed 2025, e202510441. https://doi.org/10.1002/anie.202510441.