結(jié)直腸癌（CRC）是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因，早期檢測(cè)對(duì)于制定治療策略和提高患者生存率至關(guān)重要。然而，目前常用的結(jié)腸鏡檢查和活檢方法具有侵入性，伴隨穿孔、出血等風(fēng)險(xiǎn)，并且在癌癥早期階段靈敏度不足。相比之下，分子水平的變化（如生物分子異常表達(dá)）比生理結(jié)構(gòu)變化更早發(fā)生，為癌癥早期檢測(cè)提供了候選生物標(biāo)志物。近年來(lái)，微小RNA（miRNA）因其在基因表達(dá)調(diào)控和免疫介導(dǎo)紊亂中的重要作用而備受關(guān)注。特別是miRNA-21，作為一種在CRC中過(guò)表達(dá)的生物標(biāo)志物，通過(guò)調(diào)控PTEN/PI3K/Akt信號(hào)通路影響腫瘤的生物學(xué)行為。因此，實(shí)時(shí)、靈敏且準(zhǔn)確地檢測(cè)體內(nèi)低豐度miRNA對(duì)于早期CRC診斷具有重要意義。

針對(duì)以上難題，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于第二近紅外長(zhǎng)波窗口（NIR-II-L，1500-1900 nm）的放大感應(yīng)策略，用于早期CRC的非侵入性診斷。該策略結(jié)合了DNAzyme觸發(fā)的信號(hào)放大技術(shù)和稀土染料雜化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)miRNA-21的高靈敏度檢測(cè)。miRNA-21作為一種在CRC中過(guò)表達(dá)的生物標(biāo)志物，通過(guò)調(diào)控PTEN/PI3K/Akt信號(hào)通路影響腫瘤的生物學(xué)行為。本研究開發(fā)的CRCsensor利用miRNA-21激活DNAzyme，切割并釋放IR820染料，從而放大NIR-II-L信號(hào)。這種信號(hào)放大技術(shù)顯著提高了對(duì)低豐度miRNA的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)限達(dá)到1.26 pM。通過(guò)非侵入性直腸給藥，CRCsensor能夠有效覆蓋結(jié)直腸區(qū)域，并在化學(xué)誘導(dǎo)的CRC小鼠模型中提前檢測(cè)到miRNA-21的過(guò)表達(dá)，為早期CRC的非侵入性診斷和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)提供了新的可能性。該策略不僅提高了檢測(cè)的靈敏度和特異性，還確保了高生物安全性，為未來(lái)CRC的早期篩查和監(jiān)測(cè)提供了有力工具。

圖1. （A）NIR-II-L CRCsensor的組成以及（B）在原位CRC小鼠模型中的檢測(cè)miRNA-21傳感機(jī)制。

不僅如此，該研究為早期CRC的非侵入性診斷和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)提供了新的可能性。未來(lái)的研究可以進(jìn)一步優(yōu)化CRCsensor的性能，提高其在復(fù)雜生物環(huán)境中的穩(wěn)定性和靈敏度。此外，該策略有望擴(kuò)展到其他癌癥相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測(cè)，為多種癌癥的早期篩查和監(jiān)測(cè)提供有力工具。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種非侵入性、高靈敏度的檢測(cè)方法有望在臨床應(yīng)用中得到推廣，從而提高患者的生存率和生活質(zhì)量。

圖2.（A）不同階段癌變小鼠的NIR-II-L比率發(fā)光成像示意圖。（B，C）不同時(shí)間點(diǎn)CRC小鼠的代表性體內(nèi)NIR-II-L發(fā)光和比率圖像以及相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度和比率值。比例尺：1.0 cm。（D，E）CRC小鼠的代表性體外NIR-II-L發(fā)光和比率圖像以及相應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度和比率值。比例尺：1.0 cm。F) 結(jié)直腸可疑病變的H&E和IHC分析結(jié)果。比例尺：200 μm（H&E，IHC）和5 mm（明場(chǎng)）。（G）癌癥檢測(cè)方法的比較。BF：明場(chǎng)。

團(tuán)隊(duì)基于CRCsensor良好的CRC監(jiān)測(cè)性能，通過(guò)化學(xué)誘導(dǎo)策略建立了結(jié)直腸癌變小鼠模型，使用CRCsensor對(duì)不同階段的miRNA-21進(jìn)行非侵入性檢測(cè)。結(jié)果顯示，miRNA-21的表達(dá)在癌變?cè)缙陲@著升高，CRCsensor能夠在第3周檢測(cè)到高風(fēng)險(xiǎn)癌變病變，比傳統(tǒng)的組織學(xué)分析方法更早。這表明CRCsensor可實(shí)現(xiàn)結(jié)直腸癌變的早期、非侵入性診斷，并為長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)潛在癌變提供可能。

參考文獻(xiàn)：

1. Fuheng Zhai, Baofeng Yun, Jiang Ming, Tianyu Yu, Benhao Li*, Xiao Liu, Xusheng Wang, Zi-Han Chen, Changfeng Song, Mengyao Zhao, Wenlin Li, Zhebin Liu, Aibin Liang*, Jiyu Li*, Fan Zhang*, Non-Invasive Diagnosis of Early Colorectal Cancerization via Amplified Sensing of MicroRNA-21 in NIR-II Window, Adv. Mater. 2025, 2501378, DOI: 10.1002/adma.202501378

| 儀器

近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST

NIR-II in vivo imaging system

文中利用近紅外二區(qū)小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)NIR-II-ST完成了NIR-II窗口的小鼠腹部成像。

該小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)功能強(qiáng)大，相機(jī)性能優(yōu)異，多款深度制冷的InGaAs近紅外相機(jī)可供選擇。檢測(cè)靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)大視野以及局部小動(dòng)物高信噪比和高分辨活體成像。開發(fā)的軟件功能一鍵操作，可實(shí)時(shí)反映儀器狀態(tài)，自動(dòng)化控制，操控與圖像處理一體化，終身免費(fèi)升級(jí)。該成像系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景多樣化，可用于小動(dòng)物近紅外二區(qū)寬場(chǎng)成像、全光譜成像、近紅外二區(qū)熒光壽命成像，且成像系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，成像功能亦可進(jìn)一步升級(jí)擴(kuò)展X射線激發(fā)模塊、CT成像模塊、三維成像模塊、熱成像模塊、比率熒光測(cè)試、多通道成像與原位光譜測(cè)試等。該系統(tǒng)可應(yīng)用于活體小動(dòng)物熒光手術(shù)導(dǎo)航、臟器成像、腫瘤成像、血管成像、淋巴成像、腸道成像、體內(nèi)植入物的監(jiān)測(cè)、藥物追蹤與活體原位疾病檢測(cè)等。