基于二维硅纳米片的多模态光学成像肿瘤诊疗一体化研究

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动态监测肿瘤血管的生成变化已成为纳米平台在肿瘤治疗领域中取得优异性能的最主要障碍。传统的分子成像技术通常缺乏对肿瘤血管形态学的微观评估,尤其是量化纳米药物治疗前后微血管血流动力学方面的差异评价。微磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)、超声成像(Ultrasound,US)、激光共聚焦显微镜(Laser confocal microscope,LCM)等传统成像技术已被应用于血管发育的研究。然而,这些工具在血管成像方面有其自身的缺陷。MRI的主要局限性是耗时较长,分辨率较低。超声成像可以实时检测到机体的大血管,但很难实现组织的细胞分辨率成像。虽然LCM可以获得高空间分辨率的图像,但通常需要外源性荧光探针,无法实现无标记血管成像。因此,上述传统的成像技术难以进行无标记、高分辨率的活体成像来研究肿瘤血管发育和治疗过程。而高分辨率、高对比度的成像技术对于了解肿瘤发生发展中血管系统的形态和功能学变化具有重要意义。当单独的成像模式不再满足临床及基础研究需求时,将各自成像优势发挥出来并融合在一起的多模态成像手段成为必要。在这里,我们提出了一种三模态光声成像(Photoacoustic imaging,PAI)-光学相干断层血管造影成像(Optical coherence tomography angiography,OCTA)-激光散斑成像(Laser speckle imaging,LSI)协同策略,该策略不仅能够精确地指导肿瘤的光热治疗,而且能够长期连续监测、研究肿瘤生长期间以及活体肿瘤治疗前后微血管的形态和血液动力学变化。此外,我们通过二维(2D)5-氟尿嘧啶硅纳米片(5-Fu-Si NSs)纳米治疗平台的三模态成像策略,实现了肿瘤光热联合化学治疗的精准诊疗,并且在体内肿瘤发生发展和体内联合治疗期间,进一步量化了血管参数,包括血氧饱和度(SaO2),血红蛋白含量(HbT)在内的肿瘤组织的特性以及包括微血管密度(MVD)和相对血流(RBF)的肿瘤微血管参数。值得注意的是,体外和体内结果共同表明5-Fu-Si NSs具有出色的PA成像功效,较高的光热转化效率(45.8%)和有效的癌症治疗方法策略。此外,在不同阶段的二维高分辨率肿瘤微血管图像显示,热化学疗法作用下的血管变化趋势与肿瘤血管的生成密切相关。综上所述,我们的研究为进一步开发和评价肿瘤特异性治疗策略奠定了理论和技术基础。更为重要的是,该可行性研究将有助于在微观上评估肿瘤在纳米疗法中产生的微血管变化,对于全身微循环异常疾病的诊断与治疗评价具有重要意义。
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