【摘要】 光学成像是发展最快的无创检测癌症生物标志物的成像技术，具有令人满意的时间和成本效益、用户友好性和高通量分析能力，可能比核成像或MRI更广泛地应用于癌症监测。

纳米技术和光学成像技术的快速发展为高效、准确地可视化监测癌症的发生和发展提供了机会。理想的在体内检测目标分析物的平台具有良好的稳定性、生物相容性、较长的循环时间以及特异性的肿瘤靶向和肿瘤蓄积能力。利用多功能成像方式和智能纳米探针，各种光学成像策略已经被设计和构建，用于敏感和实时成像体内癌症生物标志物或肿瘤组织。孟[1]等人综述了基于纳米材料的光学成像平台的设计、制造及其在体内细胞肿瘤生物标志物和肿瘤微环境相关特征的传感和可视化中的应用。

 

在生物医学研究和临床实践中，通过结合造影剂和专用仪器，光学成像可以直接可视化、表征和量化体内癌症相关分子和特异性TME，以评估癌症的病理过程。与磁共振成像、计算机断层扫描和超声成像等其他成像技术相比，光学成像具有高时空分辨率和令人满意的灵敏度，并且具有最小的侵入性和低时间/成本消耗。荧光成像、光声成像（PAI）和表面增强拉曼散射（SERS）是传感和监测与人类癌症相关的病理发生和进展的主要替代光学成像方式。利用与生物识别受体结合的光信号染料，可与靶标特异性结合和识别，制造出各种先进的光学系统，用于活体肿瘤细胞或组织的实时标记和生物传感，实现肿瘤发展的可视化监测和评估。

 

图1 用于癌症生物标志物检测的体内光学生物传感器示意图。[1]。

 

临床癌症诊断中使用的分析策略和成像技术耗时耗钱，而且灵敏度低。由于纳米技术的快速发展和纳米材料独特的物理化学/光学/电学性质，基于纳米材料的生物传感器已经被制造出来，通过将纳米器件方便地注射到活体中，而无需对样品进行预处理，从而实现生物标志物在体内的实时和动态可视化。用于检测癌症生物标志物的体内生物传感器简化了检测程序，缩短了分析时间，减少了患者的痛苦。作为一种传统的成像方式，包括荧光成像、PAI和SERS在内的光学成像具有用户友好、时间和成本效益高、生物安全性高的特点，可用于生物标志物的原位视觉检测。

 

先进的纳米探针和新型成像技术的快速发展加速了高性能生物传感器在体内可视化和监测癌症生物标志物的进展，这对提高临床癌症的早期诊断和提供个性化的治疗策略具有重要意义。

 

一般来说，在体外分析和检测癌症生物标志物需要对真实样品进行预处理，这会延长检测时间，增加靶分子的损失。相对而言，体内光学生物传感器通过将传感纳米器件轻松便捷地注入活体，避免了复杂的目标提取和分离，从而大大简化了检测程序，缩短了分析时间，减少了患者的痛苦，从而实现了生物标志物的直接、实时和动态可视化。科学家们正在不断地设计和制造各种功能性的生物传感器，以高灵敏度和准确性成像体内的癌症生物标志物。

 

图2 体内mRNA检测。(a)核酸适配体连接的三方DNA探针组装和使用CHA对survivin mRNA进行体内荧光成像。(b) nir -light启动的HCR用于空间和时间分辨信号放大。不同处理MCF-7肿瘤组织的荧光图像。[1]。

 

光学成像是发展最快的无创检测癌症生物标志物的成像技术，具有令人满意的时间和成本效益、用户友好性和高通量分析能力，可能比核成像或MRI更广泛地应用于癌症监测。荧光成像作为一种通用的最优成像策略，通常用于生物标志物的体内检测，但其较差的信本比和较低的组织穿透深度严重阻碍了其在体内癌症检测中的应用。

 

由于纳米材料优异的物理化学性质和独特的光学/电学性能，各种光学生物传感器（荧光成像、PAI和基于SERS的）已被开发用于体内癌症生物标志物的检测。这些生物传感器在产生敏感和特定的光信号以成像体内癌症生物标志物方面非常有效。

 

[1] MENG X, YANG F, DONG H, et al. Recent advances in optical imaging of biomarkers in vivo [J]. Nano Today, 2021, 38: 101156.

 

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