2025年3月27日，国际学术期刊Cell Biomaterials在线发表了学院纳米医学和生物材料团队的最新研究论文，题为“Mutually reinforced activatable NIR fluorescence/MR bimodal imaging enabled by tumor-specific biomarker amplification”，华南理工大学为论文的第一署名单位，2021级生物医学工程专业博士生姜茂麟和学院博士后刘晔为论文的共同第一作者，学院袁友永教授为论文的通讯作者。

目前，临床常用的影像技术，如磁共振成像、电子计算机断层扫描（CT）、正电子发射计算机断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）以及近红外荧光成像等，各自存在一定的局限性。研究表明，高达50%的癌症病例直至晚期才被发现，这也是导致癌症高死亡率的重要原因。在这些影像技术中，磁共振成像具有较高的空间分辨率，但其灵敏度较低；而近红外荧光成像虽然灵敏度较高，却存在组织穿透能力不足的问题。因此，近红外荧光/磁共振（NIRF/MR）双模态成像技术因其成像特点具有互补性受到广泛研究，以推动癌症诊断的发展。在探针设计中，针对传统“always on”型探针信噪比低的问题，研究者开发了肿瘤生物标志物“turn on”型荧光探针。然而，早期癌症中这些标志物浓度较低，导致成像灵敏度受限。此外，NIRF与MR探针存在显著的物理化学性质差异。因此，如何协同激活双模态信号并实现成像性能的整合，一直是双模态成像技术开发的重要挑战。

可激活NIRF/MR探针的协同增强成像过程示意图

针对上述问题，该研究团队提出了一种通过探针诱导的生物标志物相互放大策略用于可激活的双模态成像，解决了双模态信号协同激活的难题，为多模态成像探针开发开辟了新路径。研究者构建了NQO1酶响应的半花菁类荧光探针NCy和羟基自由基响应的四氧化三铁基磁共振探针DHBC-NP，并通过以下方式实现“相互强化”双模态成像：（1）NQO1酶触发近红外荧光信号：探针NCy在肿瘤过表达的NQO1酶作用下释放荧光分子CyNH2，激活NIRF成像，同时诱导线粒体损伤并上调过氧化氢（H2O2）水平。（2）芬顿反应放大磁共振信号：H2O2通过DHBC-NP介导的芬顿反应生成高活性羟基自由基（·OH），促使DHBC-NP发生生物正交交联，形成更大聚集体，显著增强T₂加权MR信号。（3）通过标志物间的联系强化成像效果：·OH进一步通过Nrf2调控通路提升NQO1酶表达，又进一步促进荧光探针的激活，通过两种探针循环放大激活，从而实现双模态信号的协同增强。在肝癌皮下瘤模型中，该策略将NIRF信号背景比提升约21.5倍，MR信号增强1.8倍；在转移模型中，成功检测到直径约2毫米的小肿瘤。

袁友永教授团队在该研究中创新性地提出了基于探针诱导生物标志物放大和正反馈调控的新策略。该研究不仅显著提升了肿瘤成像的灵敏度和特异性，更为重要的是，成功解决了双模态信号协同激活的难题，为多模态分子影像探针的研发开辟了全新的思路。未来，这一技术有望应用于临床多模态成像技术的开发，助力肿瘤早期诊断水平的提升。（通讯员/袁友永教授课题组）

附文章链接： https://www.cell.com/cell-biomaterials/fulltext/S3050-5623(25)00035-2