无标记组织近红外二区自体荧光成像技术在人类肝脏恶性肿瘤可视化中的应用
Label-freetissueNIR-IIautofluorescenceimagingforvisualizationofhumanlivermalignancy
原文出处：https://doi.org/10.1038/s41551-025-01593-4
主讲人：海力古丽·沙迪尔，2026年3月8日
研究进展or研究背景：
实体瘤手术切除的成功关键在于术中实时、准确地描绘肿瘤边界，这直接影响患者的预后和生存率。然而，当前临床标准方法——包括视觉检查、触诊、术中冰冻切片和超声检查——在满足这一需求方面存在明显局限。
近年来，荧光引导手术成为外科医生的重要工具，其最大优势是实时成像能力。目前临床上最常用的是吲哚青绿，患者在术前或术中注射ICG，利用其在肿瘤区域的蓄积来实现荧光导航。然而，ICG-FGS存在几个难以回避的问题：①外源性探针可能引起过敏等不良反应；②肿瘤对探针的摄取异质性导致边界判断不准；③探针在肝硬化或胆管异常组织中脱靶结合，产生强烈的非特异性荧光，降低诊断特异性。
为了解决这些问题，研究者转向无标记技术，如弹性散射、受激拉曼散射和光反射等。这些技术利用癌组织和正常组织固有的光学特性差异，无需外源性探针。但大多数无标记技术存在共同缺陷：缺乏宽视野信息、不具备实时能力、或在动态手术野中难以提供直观可视化。
相比之下，可见光区域的自发荧光成像已被广泛应用于肺癌、口腔癌、肝癌等诊断，能够提供实时和宽视野信息。然而，可见光AF存在根本性问题：①信号来源复杂，癌组织中变化不明确；②易受代谢性疾病和血液污染影响；③正常与癌组织的区分不明显且有争议。
正是在这样的背景下，本研究发现了NIR-II窗口下肝组织与癌组织的自发荧光差异，并开发了TANI技术。
解决方案or研究内容：
本研究的核心解决方案是：利用NIR-II窗口下正常肝组织与癌组织自发荧光的显著差异，开发一种无标记、宽视野、实时的术中成像技术。
核心发现
作者首先发现，人肝组织中存在在NIR-II窗口具有强烈自发荧光的內源性物质，这些物质在正常肝组织中含量丰富，但在癌组织中几乎检测不到。基于这一发现，他们开发了TANI技术。
技术验证（多层次、多维度）
1.离体标本验证
对30例HCC标本（包括非肝硬化和肝硬化背景）进行成像
结果显示：NIR-II窗口下，正常肝组织AF强度是癌组织的7.95倍（非硬化）和3.47倍（硬化）
NCR值普遍高于2.0的临床可接受阈值，而可见光和NIR-I窗口效果差
2.抗干扰能力验证
模拟术中不可避免的血液和胆汁污染
结果：可见光和NIR-IAF均受显著影响（荧光淬灭或增强），而NIR-IIAF几乎不受影响
3.普适性验证
应用于肝内胆管癌、各种肝转移瘤、良性病变（FNH、肝脓肿等）
结果：TANI能清晰区分各类恶性肿瘤与正常组织，而良性病变的NCR接近1.0，可与恶性肿瘤区分
ROC分析：TANI的诊断准确性99.8%、灵敏度97.8%、特异性98.4%，远优于可见光和NIR-I
4.机制探究
通过H&E、TEM、铁元素分析、SBB/PAS-D/Schmorl三种染色、梯度离心、光谱分析等多维度验证，证明NIR-IIAF来源于脂褐素样物质
脂褐素的尾端发射是NIR-IIAF的主要来源，且能有效避免其他內源性荧光物质的干扰
癌细胞中脂褐素减少的原因：①快速分裂稀释（Ki-67染色证实）；②相关基因过表达（溶酶体功能、铁稳态、脂质稳态相关基因）
5.术中应用
在4例肝切除术患者（2例HCC、2例CRLM）中验证
TANI在体内实时成像，清晰勾勒肿瘤边界，离体验证与病理结果一致
要点：
1.NIR-II自发荧光差异是TANI技术的核心基础
正常肝组织在NIR-II窗口有强自发荧光
癌组织几乎无NIR-II自发荧光
NCR高达7.69±0.52，远高于临床可接受阈值2.0
2.NIR-IIAF来源于脂褐素样物质的尾端发射
通过H&E、TEM、铁元素分析、SBB/PAS-D/Schmorl染色等多维度验证
脂褐素在肝实质中富集，在癌细胞中稀缺
脂褐素的NIR-II荧光是其光谱的“尾端”，虽然强度不如可见光，但背景干净
3.NIR-II窗口具有独特的抗干扰优势
可见光窗口：FAD、胆红素、胆绿素、胶原蛋白等多种内源性物质发光，干扰严重
NIR-I窗口：胆绿素和人胆汁仍有干扰
NIR-II窗口：除脂褐素外，其他内源性物质几乎不发光
血液和胆汁污染对NIR-IIAF无显著影响
4.TANI性能不受肿瘤异质性影响
不同分化程度（W-HCC、M-HCC、P-HCC）：NCR无统计学差异
不同肿瘤大小（小/中/大）：NCR无统计学差异
不同肿瘤分期（T1a/T1b/T2）：NCR无统计学差异
不同病理类型（HCC/ICC/肝转移瘤）：均能清晰识别
5.TANI能有效区分恶性肿瘤与良性病变
良性病变（FNH、肝脓肿、炎性假瘤、血管瘤）的NCR≈1.0。
恶性肿瘤的NCR≈7.69
解决了传统ICG-FGS难以区分良恶性病变的问题
6.TANI在术中具有现实可操作性
宽视野成像：一次曝光覆盖整个肝脏表面
实时成像：曝光时间200-500ms
非接触式：相机架设在手术台上方，不干扰手术操作
与MRI和病理结果高度一致
总结与展望：
总结
本研究首次发现并利用人肝组织在NIR-II窗口的自发荧光差异，开发了TANI技术用于术中实时、无标记、宽视野地识别肝脏恶性肿瘤。TANI的核心优势在于：①利用内源性脂褐素，无需外源性探针，规避过敏风险和脱靶问题；②NIR-II窗口有效避免血液、胆汁及其他内源性荧光物质的干扰；③成像对比度、灵敏度、特异性远优于可见光和NIR-I窗口；④适用于各类肝恶性肿瘤（HCC/ICC/转移瘤），且不受肿瘤分级、大小、分期影响；⑤能区分恶性肿瘤与良性病变，解决临床痛点；⑥在4例患者中验证了体内实时成像的可行性。
局限性
患者队列未涵盖所有年龄段（婴幼儿和儿童肝癌发病率低，招募困难）
罕见类型肝恶性肿瘤（如肝血管肉瘤、肝母细胞瘤）未纳入研究
脂褐素样物质的分子机制尚未完全阐明（具体分子组成、发光机制等）
展望
多中心临床研究：扩大样本量，纳入更多年龄段和罕见类型，验证TANI的普适性
分子机制深入：解析脂褐素的分子组成和结构，阐明NIR-II发光的分子基础，可能为新的诊断方向提供线索
技术拓展：探索TANI在其他器官（如肺、胰腺、乳腺）恶性肿瘤诊断中的应用潜力
与现有技术结合：TANI可作为ICG-FGS的补充或替代，在特定场景（如肝硬化患者、对ICG过敏者）发挥优势
