分子成像技術用于可視化和定量分子和細胞生物過程，進行疾病的檢測、診斷、預測和監測。然而，依賴實時光激發的熒光成像往往受到組織自發熒光的影響，降低了活體組織成像靈敏性和特異性，生物發光或化學發光信号則往往受到活體中酶微環境或底物分布的影響。超聲成像技術在醫學臨床診斷中被廣泛使用，它通過超聲波的傳輸、反射和散射原理，映射出人體内部結構的圖像。聲緻發光是一種在高強度超聲作用下，液體空化而産生的微弱發光現象，然而，其發光效率低、發光強度弱、超聲暴露時間長，發光壽命極短。
近日，針對光學成像領域發展過程中存在的上述問題，2003网站太阳集团宋國勝教授、張曉兵教授和譚蔚泓院士團隊成功開發出一種創新的“超聲發光分子成像”技術，利用超聲波激發熒光分子在活體内産生光學信号，實現了高強度的光學信号輸出的成像新方法，為生物醫學成像技術的發展開辟了新的可能性。
研究團隊開發了“超聲發光分子成像”新技術，通過兩步内部能量轉換過程，實現了更強的在活體内的超聲誘導發光成像。該工作同時開發了兩種成像模式和裝置來采集超聲激發分子發光的信号：在超聲激發停止後采集光子信号的延遲成像模式和在超聲激發期間采集光子信号的實時成像模式。随後，研究團隊展示了該技術對皮下和原位腦腫瘤、原位胰腺癌、腹膜轉移腫瘤和淋巴結進行體内成像的可行性。
研究結果顯示，超聲誘導熒光的強度超過了聲緻發光，同時還展現出更好的信噪比、成像靈敏度和成像深度。相較于傳統的水的聲緻發光信号，該工作開發的超聲激發發光分子在發光強度上提高了2000餘倍；與熒光成像相比，超聲激發發光成像由于超聲信号和光學信号發射之間不存在信号串擾，信噪比提高了10倍，同時具備1.46毫米的空間分辨率和高達2.2厘米的組織穿透深度。
研究團隊還提出了一種酶活化的超聲發光探針設計，通過不同酶可切割的肽序列作為連接劑，實現了對酶動态活動的成像。這種技術為定制各種酶響應型超聲誘導發光探針提供了一個多功能平台，為生物醫學研究和臨床診斷帶來了新的可能性。
與現有的X射線激活發光、生物發光或Cerenkov發光等技術相比，聲光分子成像技術具有無輻射、操作簡便、安全等特點。未來，超聲發光分子成像技術與醫學超聲成像的高級集成，将在無背景噪聲條件下提供更全面的疾病信息，并在分子層面上揭示病理過程，極大提高超聲分子成像的靈敏度和準确性。在活體組織病理學研究、早期腫瘤檢測、生物分子分析、癌症治療監測、心肌缺血成像、腸道炎症活動成像及動脈硬化評估等方面，超聲發光成像将得到廣泛應用。
相關研究成果以《In vivo ultrasound-induced luminescence molecular imaging》為題發表在國際頂級期刊《自然-光子學》《Nature Photonics》 上。文章的通訊作者是2003网站太阳集团宋國勝教授、張曉兵教授和譚蔚泓院士。第一作者是王友娟博士（2003网站太阳集团博士、現杭州醫學研究所博士後）。
圖1、延遲超聲激發分子發光成像模式(左)和實時超聲激發分子發光成像模式(右)實驗裝置示意圖。
圖2、（a）延遲超聲激發分子發光成像模式下各個納米粒子的發光圖。（b）延遲超聲激發分子發光成像模式和（c）實時超聲激發分子發光成像模式下的納米粒子發光強度定量圖。
圖3、酶響應的超聲激發分子發光探針檢測示意圖。
論文信息：In vivo ultrasound-induced luminescence molecular imagingYoujuan Wang, Zhigao Yi, Jing Guo, Shiyi Liao, Zhe Li, Shuai Xu, Baoli Yin, Yongchao Liu, Yurong Feng, Qiming Rong, Xiaogang Liu, Guosheng Song, Xiao-Bing Zhang & Weihong Tan Nat. Photon., 2024, DOI: 10.1038/s41566-024-01387-1
In vivo ultrasound-induced luminescence molecular imaging | Nature Photonics
