免疫細胞治療是一種革命性的癌癥治療方法，利用免疫細胞的力量選擇性地靶向并消滅腫瘤細胞。然而，由于傳統影像學方法需要每2-3周進行一次評估，該療法的臨床應用往往受到延遲治療評估的限制。為了解決這一關鍵挑戰，張凡團隊最新的研究開發了一種非侵入性納米傳感器C8R-DSNP，旨在第二近紅外長波段（NIR-II-L，1500-1900 nm）特異性實時監測免疫細胞活動。這一創新策略顯著增強了深層組織成像能力，并加速了對治療效果的評估（僅需4.5小時）。
新型納米傳感器用于快速檢測免疫細胞-癌細胞相互作用
本研究團隊首先合成了核/多殼結構的立方相鉺摻雜下轉換納米粒子，實現了在808 nm和980 nm處的雙激發，并且可以同時發出1532 nm的NIR-II-L熒光。之后通過在DSNPs表面修飾caspase-8（該酶在NK-92細胞與腫瘤細胞相互作用過程中被激活，是關鍵的外源性凋亡啟動標志物）的特異性底物以及吲哚菁綠（ICG），成功制備了可特異性識別caspase-8的新型NIR-II-L比率型納米傳感器（C8R-DSNP），用于實時監測NK細胞介導的免疫治療。由于吸收競爭誘導發射效應，ICG以及可作為808 nm激發的濾光層，大幅淬滅C8R-DSNP的1532 nm熒光（99%），而980 nm激發下的熒光信號基本不受影響。這一設計使C8R-DSNP在caspase-8酶切后能迅速恢復808 nm激發熒光，實現對免疫細胞介導的腫瘤細胞凋亡的高靈敏度檢測。通過比率式NIR-II-L熒光成像，我們成功捕捉到NK-92細胞在小鼠模型中與腫瘤細胞動態相互作用的實時情況。成像結果顯示，在NK-92細胞注射后短短4.5小時內，腫瘤細胞已開始發生凋亡——相比傳統評估方法，大大縮短了免疫細胞治療的評估時間。除了體內成像外，我們還通過體外尿液成像驗證了凋亡過程的啟動，檢測到了被切割的熒光分子，提供了一種替代性的非侵入性療法監測方法。
圖1：（a）C8R-DSNP的比率熒光檢測機制；
（b）連接不同濃度 ICG-NHS 后C8R-DSNP 在FLEx808 nm 和（c）FLEx980 nm 的NIR-II-L熒光強度；
（d）不同時間點小鼠在 980 nm和 808 nm激發下的NIR-II-L 比率熒光圖像；
（e）不同組尿液中 ICG片段的熒光強度及其統計分析。統計值以平均值 ± s.e.m 表示；NS 表示無顯著性，***P < 0.001（n = 3）。
實時追蹤免疫單細胞在腫瘤微環境中的動態變化
此外，免疫細胞治療過程中，了解NK細胞如何在腫瘤微環境中遷移并發揮作用，對于優化治療策略至關重要。因此，研究團隊利用 C8R-DSNP 標記 NK-92 細胞，并將其回輸至腫瘤小鼠體內，連續8小時對血管內和腫瘤組織中的NK細胞進行單細胞追蹤。并且，高時空分辨率的NIR-II-L顯微成像揭示了NK-92細胞在從腫瘤邊緣的外圍血管逐步遷移至腫瘤實質的過程：在腫瘤實質中，NK-92 細胞以 51.5 μm/s ~ 0.0 μm/s低速爬行，進入血管后速度增至 238 μm/s。這對了解NK細胞在腫瘤微環境中的動態遷移模式提供了新的依據。
圖 2. （a）NK-92 細胞在腫瘤組織血管中的時間軸成像。
（b）NK-92 細胞在腫瘤部位的實時NIR-II-L 顯微成像示意圖。
（c）不同區域和時間點 NK-92 細胞（紫色）在腫瘤血管（綠色）中的相應多重 NIR-II-L 圖像。白色箭頭指向外滲的 NK-92 細胞。
（d）不同時間下在i-iv區域分別收采集到的的 NK-92 細胞的數量統計。
（e）單個 NK-92 細胞（紫色）從腫瘤血管（綠色）到實質組織的軌跡追蹤（白色虛線）。
（f）對（e）中 NK-92 細胞從血管浸潤到腫瘤實質的平均速度的統計分析。
統計值以平均值 ± s.e.m. 表示；NS 表示無顯著性，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001（n = 3）。
參考文獻：
L. Huang, J. Ming, Z. Wang, J. Wu, B.Yun, A. Liang, Y. Fan, F. Zhang, Noninvasively Real-time Monitoring In-vivo Immune Cell and Tumor Cell Interaction by NIR-II Nanosensor. Adv. Mater. 2025, 2420329. http://doi.org/10.1002/adma.202420329
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