ADVANCED SCIENCE|用于医疗器械NIR-II成像的临床可转化固态染料

2023-12-25 16:50

随着近红外荧光成像设备和显像剂的不断发展，光学成像在基础研究和临床实践中具有非常广泛的应用。固态状态下发出荧光的显像剂也一直是国内外科学家不断开拓的学术疆域，然而由于材料本身的毒性或不明毒性和代谢特征的纳米结构等，截至目前能够在固体状态下发出较长波长荧光的材料几乎都不能转化到临床研究，距离临床应用更甚是遥远。

2023年11月9日，烟台新药创制山东省实验室药械融合联合研发中心程震研究员与首都医科大学附属北京天坛医院李德岭教授、贾旺教授，四川大学华西药学院齐庆蓉教授，武汉理工大学常柏松教授，中国科学院自动化研究所田捷教授、胡振华教授合作，在Advanced Science上发表了题为“Clinically Translatable Solid-State Dye for NIR-II Imaging of Medical Devices.”的研究论文。

该研究聚焦医疗器械无法在体持续监测的临床问题，创新性地发现了国际上首个能直接用于临床的近红外II区（NIR-II）固态下荧光化合物，将该固态成像技术用于医疗器械涂层可实现人体医疗器械的无创全寿命监测，与医用栓塞材料融合应用能实时引导血管畸形类病灶的精准切除。

该研究在光学成像研究中发现具备benzyl violet 4B（BV-4B）涂层的医用手术缝线在808nm激光的激发下可发出非常强的NIR-II荧光（波长超过1000nm），团队敏锐地察觉到这可能是固态发光领域中的一项重要发现。如何阐述该化合物的发光特点、发光机制是摆在医工交叉团队面前的重要科学问题，经过一系列研究，最终发现该化合物在液态极性溶剂中发出NIR-I荧光（700-900nm），而在固态状态下化合物通过自聚合的方式形成高度稳定且形态规则的晶格聚集体，才能发出NIR-II（波长超过1000nm）荧光。

该化合物已经在医用材料中常规使用，是目前全球第一个被FDA批准、可在固态状态下发出NIR-II荧光的材料，大大降低了其临床转化的门槛。利用NIR-II荧光的穿透力，将其作为涂层均匀喷涂在医疗材料表面，可清晰显示材料的位置、降解速度以及是否出现断裂等异常情况，实现医疗器械或材料的全生命周期实时监测。针对颅内动静脉畸形病变切除过程中，由于病变的边界范围显示不清，造成病变切除不完全或病变切除过多而损伤周围正常组织的临床问题。研究将BV-4B与医用栓塞剂混合使用，在遇到血液后可发出NIR-II荧光，在开颅切除过程中作为导航引导从而辅助病变切除，创造了一种新的手术方式——杂交的荧光引导手术（“栓塞+开颅手术”），即hybrid fluorescence-guided surgery （hybrid FGS）。

综上所述，该研究发现了全球首个FDA批准的近红外二区固态成像材料，解决了人体医疗器械在体监测的难题，并利用其成像特点创造性地提出了一种杂交的荧光引导手术方式，解决了动静脉畸形病变边界显示不清的临床问题，为荧光引导下血管畸形病变的精准切除奠定了技术基础。

图 用于医疗器械NIR-II成像的临床可转化固态染料的（a）化学结构，（b）不同状态下的荧光光谱和典型分子排列，（c）在三种适用情况下的转化潜能。

首都医科大学附属北京天坛医院李德岭教授、中国科学院上海药物研究所石慧博士、四川大学华西药学院齐庆蓉教授、武汉理工大学常柏松教授为文章的共同第一作者，中国科学院自动化研究所田捷教授与胡振华教授、首都医科大学附属北京天坛医院贾旺教授、烟台新药创制山东省实验室/中国科学院上海药物所程震研究员为共同通讯作者。

该研究受国家自然科学基金（81971668、82222034、U2267221、62027901、81930053、92059207、81227901）、国家重点研发专项（2017YFA0205200）等支持。

全文链接

https://doi.org/10.1002/advs.202303491

                                                                                                                     （供稿部门：程震课题组；供稿人：程震课题组提供）