2025年1月15日，南方医科大学/广东省人民医院聂立铭教授团队于Science Advances杂志发表题为Amphiphilic hemicyanine molecular probes crossing the blood-brain barrier for intracranial optical imaging of glioblastoma的研究论文。
该研究设计制备了一种水/脂双亲性半花菁类光学染料（IVTPO），可高效跨越血脑屏障（BBB）且拥有良好的荧光/光声成像性能，在多维无损光学成像平台中实现了胶质母细胞瘤（GBM）疾病演进进程的长时程监测。这为GBM等疾病诊断及病理学特征可视化提供了新的研究视角，也为中枢神经系统跨BBB药物递送提供了新的研究思路。
光学成像技术在中枢神经系统领域的研究价值及挑战
胶质母细胞瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤之一，预后差且死亡率高，进而实现疾病的早期诊断至关重要。目前的中枢神经系统成像技术如CT、PET和MRI等具有深度穿透和高分辨率的优点，但它们同时存在辐射危害、对比度欠缺和空间分辨率有限等缺点。光学成像技术显著减少了这些问题，但现有的光学染料通常因分子量或脂/水分配系数等因素无法有效穿过BBB，进而限制了其在中枢神经系统领域的应用。基于此，开发一类可以主动跨越BBB且有着良好光学成像性能的探针有着重要的研究价值。
突破血脑屏障，实现GBM的早期诊断及高分辨病理特征可视化
研究团队采用电子供体-π-受体（D-π-A）体系，调整脂/水分配系数和分子量并在体内外测试染料的主动跨越BBB能力，最终筛选出半花菁类IVTPO探针。随后借助研究人员自主开发的多维光学成像平台，实现了GBM演进不同时期的病理特征可视化。肿瘤发展早期，研究者发现在BBB完整性整体并未受损的情况下，可以监测到该光学染料在脑实质中的踪迹，更为重要的是该区域与后续肿瘤生长浸润趋势有着较高的一致性，提示该技术可以实现GBM的早期诊断和生长预测。此外研究者发现，该染料经静脉注射后，肿瘤区域微血管直径显著增加，而肿瘤周围和正常区域的血管则没有显著变化，这一特征为肿瘤区域成像及血管病理特征可视化提供了宝贵的见解。研究团队在GBM的不同时期获得了高分辨光学影像监测结果，解析了肿瘤演进过程中不同区域血管特征的变化趋势，为中枢神经系统疾病的光学诊断提供了新的技术方法，同时为跨BBB药物递送系统的研发提供了宝贵的思路。
该研究由南方医科大学/广东省医学科学院光学分子影像实验室聂立铭主任团队完成，论文的共同第一作者包括秦玮研究员，李宏辉博士和博士研究生陈佳丽。秦玮和聂立铭教授为本文通讯作者。
【原文链接】
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq5816
【团队介绍】
光学分子影像实验室（聂立铭团队）简介
广东省医学科学院（广东省人民医院）分子影像实验室以先进的光学影像示踪技术为基础，在细胞、活体动物、患者层面通过对生理过程和生物学事件进行多模态和跨尺度的影像信息获取，揭示相关疾病的发生发展机制机理，实现疾病高灵敏度的早期检测、高精确度的辅助诊断，指导精准治疗与预后评估，促进精准医学的发展，提高重大疾病以“早期检测、精准诊疗”为核心的整体诊疗水平。实验室研究范围涵盖基础研究和临床转化应用研究，融合医学影像、生物医学工程、化学、光学、分子生物学等交叉学科。
主要研究方向
Ø 高速高分辨率光学成像系统的自主研制与图像重建；
Ø 智能型精准诊疗分子探针的构建和表征；
Ø 机体代谢、肿瘤、退行性神病等生理病理过程可视化与应用。
实验室平台
Ø 跨尺度光学成像平台：小动物活体三维一区荧光成像系统（PerkinElmer, IVIS Spectrum）、小动物活体二区荧光成像系统（DPM）、小动物活体光声断层成像设备（SIP-PACT-512）、自主搭建的高速高灵敏光声显微镜（MEMS）、可转换式光学和声学分辨率的光声显微镜（OR/AR-PAM）、激光共聚焦显微镜。
Ø 动物实验平台：小动物呼吸机（RWD，Ventstar-R415）、小动物气体麻醉系统（RWD）、全自动脑定位仪、恒温小动物手术台、小动物手术无影灯。
Ø 细胞生物学平台：超净细胞间、流式细胞仪、生物安全柜、光学显微镜、水浴锅、离心机、-80 ℃冰箱、-20 ℃冰箱、液氮罐。
Ø 分子探针平台：超纯水系统（KRF, SU-S2-20L）、通风橱、高速离心机、超声破碎仪、旋蒸仪、真空油泵等材料合成设备。荧光分光光度计、紫外-可见分光光度计、激光粒度分析仪等分析表征设备。