在全球范围内，癌症是一个重大的公共卫生问题，中国是世界上恶性肿瘤发病率和死亡率最高的国家。 如今，恶性肿瘤的发病率和死亡率逐年上升，给家庭和社会带来了巨大的痛苦和负担。 在肿瘤发病早期，在微观分子尺度上变化不大，没有明显的外部表现，因此患者很容易忽略肿瘤的存在。 因此，寻找高灵敏度的临床前检测方案对肿瘤早期筛查有很大帮助，肿瘤发生、发展和转移的动态视觉监测也将在患者个性化、精准化的过程中发挥重要作用。
荧光成像技术具有较高的空间分辨率和灵敏度，生物相容性荧光探针广泛应用于临床前检测。 其中，近红外发射荧光探针由于更好的组织穿透力和快速实时的体外和体内监测能力而蓬勃发展。 由于肿瘤具有异常表达的生物标志物，研究人员可以使用特殊的标记物对肿瘤细胞进行特异性鉴定，从而设计出强大的肿瘤临床前检测工具。
pH激活的近红外荧光探针用于检测肺转移性肿瘤。
肿瘤从原发部位转移到身体其他部位会影响整体进展，肺转移几乎占所有恶性转移的一半。 因此，通过对肺转移的特异性检测，可以及时获得可靠的信息，阻止转移的进展，从而提高最佳效果。 研究人员设计了亲脂性染料IR780，与pH敏感的磷酸钙结合，以获得pH响应的荧光探针，肺转移示踪剂9（PMT9）。 Revvity活体光学成像结果显示，PMT9对肺部肿瘤具有较高的特异性，可以准确识别原发性肺肿瘤和肺转移性肿瘤病灶（图1）。
图1 PMT9对肺部肿瘤的体内特异性识别。
超灵敏的深近红外（NIR）纳米探针用于肿瘤的早期检测。
目前，早期肿瘤可以通过磁共振成像和正电子发射断层扫描来检测，但极限成像的大小约为1 mm，小于1 mm的肿瘤难以检测。 因此，研究人员利用荧光成像极高的灵敏度来检测早期微米级肿瘤病灶，为早期肿瘤检测提供了新的思路。 文献报道了一种荧光纳米探针IR-D，它由酸可降解的聚乙二醇壳和氧敏感疏水核组成，用于通过酸性和缺氧序列激活。 在肿瘤部位的酸性条件下，酸敏亚胺断裂导致探针的聚乙二醇外壳逐渐脱落，暴露出铱配合物的疏水核心并积累近红外荧光。 由于酸度和缺氧是肿瘤特异性微环境，因此探针可以准确识别体内肿瘤病灶。 如图 2 所示，IR-D 探头可在不同类型的皮下肿瘤、转移瘤和 PDX 肿瘤模型中实现高灵敏度成像。
图2 不同肿瘤模型中IR-D探针的成像。
随后，研究人员还测试了探针的灵敏度。 在小鼠背部植入不同数量的H22细胞后，将IR-D荧光探针注射到尾静脉中，实验结果表明，注射探针8 h后，小鼠背部观察到明显的荧光信号，仅注射几百个肿瘤细胞的小鼠信号强度平均比对照组高2%左右0x。 为了进一步评估IR-D检测小肿瘤病灶的能力，研究人员将肿瘤类器官植入小鼠乳腺中，构建早期肿瘤模型，建模成功后将IR-D探针注射到尾静脉中，通过Revvity进行体内光学成像观察。 实验结果表明，IR-D可以识别小肿瘤，组织切片结果显示肿瘤大小仅为260 290 m（图3）。
图3 IR-D探头的灵敏度检测。
用于肿瘤筛查和协同作用的有机分子放射性余辉探针**。
虽然荧光探针在肿瘤的早期检测中应用广泛，但由于背景光和组织自发荧光的干扰，信噪比并不理想，限制了其临床应用。 因此，开发出了能够在激发光停止照射后储存能量并缓慢释放光子的余辉探针，并且在去除组织自发荧光的干扰后，余辉探针具有极高的检测灵敏度和信噪比。 与荧光激发相比，X射线具有更深的组织穿透性，不仅可以将高能量传递到肿瘤深部部位，而且在余辉成像的同时具有辐射**的协同作用。 目前，关于此类探针的研究还很少，主要集中在无机纳米荧光粉上，目前尚无有机分子在X射线照射后发出余辉的报道。 该研究首次阐明了有机分子的放射动力学过程，解释了单线态氧产生和余辉信号产生的原理，该探针可用于体内肿瘤的超灵敏检测。
基于受体-苯氧基-金刚烯骨架的合成方法，研究人员成功制备了余辉动态发光。 IDPA的X射线辐照产生单线态氧，然后通过与IDPA的环加成反应转化为二氧杂环丁烷中间体，逐渐分解并释放光子，产生余辉信号，如图4所示，X射线和光学激发的穿透深度差异。
图4 射电余辉在深部组织中的动态过程。
随后，研究人员利用生物发光标记的U87细胞构建了皮下肿瘤模型，实验结果表明，X射线激发余辉探针尾静脉注射可实现体内小肿瘤病灶的检测，实验检测出最小的肿瘤体积108mm3，直径064mm（如图5所示）。
图5 余辉探头灵敏度检测
引用。 1. jia, qian, et al. "an activatable near‐infrared fluorescent probe for precise detection of the pulmonary metastatic tumors: a traditional molecule h**ing a stunning turn." angewandte chemie (2023): e202313420.
2. zhou, sensen, et al. "acid and hypoxia tandem‐activatable deep near‐infrared nanoprobe for two‐step signal amplification and early detection of cancer." advanced materials (2023): 2212231.
3. huang, jingsheng, et al. "molecular radio afterglow probes for cancer radiodynamic theranostics." nature materials 22.11 (2023): 1421-1429.