精密测量院开发乏氧响应型氟化分子探针实现深部肿瘤的精准成像

近日，精密测量院研究团队在多模态成像领域取得新进展。研究团队通过对光敏分子aza-BODIPY进行氟化改造，并结合氟相共组装策略，构建了一种乏氧响应型多模态成像体系，实现了氟-19磁共振成像（¹⁹F MRI）、近红外二区荧光成像（NIR-II FLI）和光声成像（PAI）的协同应用，为深部肿瘤的精准成像提供了新的解决方案。相关研究成果发表在《先进科学》（Advanced Science）上。

针对深部肿瘤成像中普遍存在的信号穿透能力有限、背景干扰强以及难以精确定量等关键问题，研究团队从源头进行分子设计，构建了多功能分子氟化aza-BODIPY（OFBD），用于实现深部肿瘤的精准成像与治疗。团队对光敏分子aza-BODIPY骨架进行了双重功能改造：一方面引入氮氧盐基团，赋予分子在乏氧微环境中的特异性响应功能；另一方面引入含9个等价氟原子的全氟叔丁基，获得单一且可定量的¹⁹F磁共振信号，避免了多氟体系中常见的多峰信号与化学位移伪影。进一步，研究团队提出氟相共组装策略，使OFBD分子在液态氟碳化合物环境中形成有序的J-聚集态。该体系不仅将荧光发射波长延伸至近红外二区（可达1200 nm），提升了荧光成像的组织穿透能力，而且确保了所有氟原子处于等价的化学环境，实现统一的¹⁹F磁共振信号与100%的氟原子利用度。此外，OFBD在肿瘤乏氧微环境中可特异性激活光声信号（870 nm），解决了肿瘤乏氧环境成像的难题。

作为光敏分子，OFBD在乏氧条件下表现出由光动力效应向光热效应占优的转变，有效缓解了肿瘤乏氧对传统光动力治疗疗效的限制。结合多模态成像结果，在探针于肿瘤部位达到最大累积时施加激光照射，可实现高效的肿瘤消融。

(A) OFBD和还原态FBD的分子结构与氟谱；(B) OFBD纳米乳在小鼠体内的¹⁹F MRI/NIR-II FLI/PAI多模态成像；

(C) PAI 与哌莫硝唑染色反映肿瘤乏氧程度

该研究以功能分子构建和聚集态调控为核心，为深部肿瘤的精准成像和可视化治疗提供了新的设计范式。相关研究成果以“Fluorinated Hypoxia-Responsive Aza-BODIPY for NIR-II FL/¹⁹F MR/PA Imaging and Phototherapy of Lung Cancer”为题发表在《先进科学》（Advanced Science）。精密测量院博士生李安凤、博士后王方和博士生江谋为文章共同第一作者，副研究员李昱、研究员周欣和江中兴为共同通讯作者。

该研究工作得到了中国科学院先导专项和国家自然科学基金项目的支持。

论文链接： https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202521886