荧光手术导航是一种已获临床批准的成像方式，在癌症治疗中展现出巨大潜力。然而，该技术在肺部肿瘤中的应用仍面临诸多长期挑战，主要原因在于肺肿瘤的位置、大小和形状会随着肺部气体的充盈或排出状态而发生显著变化。这种动态变化导致术前影像评估与术中影像反馈之间存在明显差距。
为了解决这一问题，本文报道了一种基于FRET（Förster共振能量转移）介导的聚集诱导发光（AIE）活性纳米探针TCM-N&Cy&Fe@P，能够实现肺癌手术的时空精准成像与引导。该纳米探针通过磁共振成像（MRI）与荧光成像的双模态成像方式，实现术前、术中和术后的全流程信息贯通，这是首次有效弥合肺癌手术不同阶段之间的信息断层。
具体而言，MRI具有优异的软组织空间分辨率，可用于术前肺癌病灶的准确评估。纳米探针靶向递送至肺部肿瘤后，其结构发生解离，显著增强近红外区的荧光信号。这种AIE活性荧光具备高时间分辨率，可在术中实现对新鲜切除的肺癌组织边界的精确识别与清晰描绘；术后则可用于高对比度的肿瘤组织荧光病理染色，有助于判断肿瘤残留情况，提升手术完整性与治疗效果。
2. 引言
肺癌是全球发病率最高的癌种，也是癌症相关死亡的首要原因。在临床实践中，外科切除仍是早期及无远处转移肺癌的首选治疗方案。然而，要实现肺癌的完全切除治愈，当前医学影像在以下三个关键阶段仍面临挑战：术前诊断与分期、术中实时导航以及术后病理分析。
术前评估通常依赖磁共振成像（MRI）技术，其具备优异的软组织高分辨率成像能力，能够客观评估肿瘤-淋巴结-转移（cTNM）分期，从而判断患者是否适合手术。然而，MRI受限于固定的扫描时长和庞大的磁体线圈设备，难以适应手术过程中快速、空间受限且要求无菌操作的实时成像需求。尤其在肺癌手术中，肿瘤的空间位置、大小和形态会随着肺部气体的吸入与排出而发生显著变化，导致术前MRI评估结果与术中实际解剖结构之间存在明显脱节。目前，这一术前与术中影像信息割裂的问题仍未得到有效解决。
在过去二十年中，用于术中肿瘤识别的荧光示踪剂与成像系统发展迅速。例如，美国FDA已批准5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）和叶酸受体靶向探针pafolacianine（OTL38）作为术中肿瘤可视化的成像剂。尽管荧光导航手术已广泛应用于多种实体恶性肿瘤的切除，但其在肺癌中的应用仍面临技术难点。这主要源于肺部特殊的解剖与生理结构：术前成像（如MRI）通常在患者深吸气状态下进行，而肺癌手术过程中，为了暴露手术区域，往往需要暂时阻断患侧肺通气，使其处于塌陷和静止状态。由此导致术前影像与术中实际解剖状态之间的不一致。因此，亟需开发一种能够弥合术前MRI与术中荧光成像之间信息鸿沟的成像探针，实现对活体动物乃至人类肺癌的精准手术引导。
为实现人肺癌手术的时空精确成像与干预，本研究构建了一种基于Förster共振能量转移（FRET）机制的聚集诱导发光（AIEgen）活性纳米探针策略，首次解决了肺组织在术前和术中解剖结构差异所带来的成像障碍。该探针以叶酸修饰的DSPE-mPEG2000（DSPE-mPEG2000-FA）为靶向递送纳米载体，内含三种关键组分：AIE发光分子TCM-N（N,N-二乙基苯基取代三氰基亚甲基吡啶，作为能量供体）、氰ine荧光团Cy（作为能量受体）以及氧化铁纳米颗粒（IONPs，为FDA批准的MRI造影剂）。
在探针组装状态下，由于FRET能量转移作用，TCM-N的近红外荧光被Cy猝灭。当探针递送至肺癌部位后，其纳米结构发生解聚，释放出TCM-N分子，进而激活近红外荧光信号。这一动态响应过程实现了术前、术中及术后成像信息的高度协同与贯通：
术前阶段：TCM-N&Cy&Fe@P作为优异的MRI造影剂，提供高空间分辨率图像，辅助评估肺癌cTNM分期。
术中阶段：探针的AIE活性荧光在近红外波段实时点亮，可实现高肿瘤/正常组织对比的精确荧光导航，引导完整切除肿瘤，同时精确描绘新鲜切除的人肺癌组织边界。
术后阶段：探针中的叶酸靶向单元有助于实现肿瘤组织的特异性荧光病理染色，结合三维成像技术，可进一步分析肿瘤的组织形态学特征。
该策略实现了MRI与荧光成像的无缝集成，为肺癌手术中克服空间结构变化和成像延迟等先天障碍提供了有效解决方案，在术前诊断、术中导航和术后分析等多个维度展现出重要的临床应用潜力。
3. 结果与讨论
图1. FRET介导的AIEgen活性纳米探针可实现MRI/荧光双模态成像，用于肺癌手术三个关键阶段的时空协同成像，包括术前诊断与分期、术中实时导航以及术后病理分析。
图2. TCM-N的近红外聚集诱导发光（AIE）特性。A）TCM-N的化学结构及其单晶结构；B）TCM-N在80%水/20%DMSO体系中的吸收光谱；C）TCM-N（10 µM）在不同体积分数水（fw）的DMSO/水混合溶液中的荧光发射光谱，激发波长为525 nm；D）TCM-N在DMSO/水混合体系中在680 nm处的荧光强度（I/I0）变化趋势图。
图3. FRET介导的AIE活性双模态纳米探针性能。A）AIE机制示意图；B）TCM-N&Cy&Fe@P胶束的高角环形暗场扫描透射电子显微图（HAADF-STEM）及其元素分布图像；C）TCM-N&Cy&Fe@P在水溶液中的粒径分布；D）不同铁浓度条件下的横向弛豫率（1/T2）及对应的T2加权MRI图像；E）TCM-N的荧光发射光谱（激发波长为525 nm）与Cy的吸收光谱（激发波长为730 nm）的光谱重叠图；F）从组装态（TCM-N&Cy&Fe@P）解离为分散态后TCM-N的荧光激活效应；G）不同纳米颗粒组合形式下的光动力学治疗效果评估。
图4. 解离诱导的双通道荧光响应及其对肺癌细胞的主动靶向能力。A）Beas-2B细胞在与TCM-N&Cy&Fe@P共孵育0、1、2、4、6小时后的双通道共聚焦荧光图像；B）A549细胞在相同条件下的荧光图像；其中红色通道（激发波长525 nm，发射波长680 nm）代表TCM-N荧光，绿色通道（激发波长730 nm，发射波长830 nm）代表Cy荧光；C）A549细胞中TCM-N与Cy的荧光强度变化；D）Beas-2B与A549细胞中TCM-N的细胞内荧光强度对比；E）Beas-2B、H1975和A549细胞中叶酸受体α（Folr1）表达水平的Western blot分析；F）肺癌患者肿瘤组织与正常肺组织的免疫组化（IHC）染色图像；G）肺癌患者临床病理样本中Folr1表达水平的Western blot定量分析。
图5. TCM-N&Cy&Fe@P在体内的时空分布监测用于术前肿瘤评估。A）在静脉注射TCM-N&Cy&Fe@P（TCM-N等效剂量为0.2 mg·kg⁻¹）后，于不同时间点施加磁场并采集A549荷瘤小鼠的T₂加权MRI图像（0 h代表注射前）；B）肿瘤区域T₂磁信号的定量分析；C）肿瘤区域磁信号的变化趋势分析，其中0 h的肿瘤信号强度表示为G₀，信号变化趋势以(G–G₀)/G₀表示；D）在静脉注射后12 h测量的肿瘤最大直径。
图6. AIE活性荧光成像引导下的肿瘤外科切除。A）静脉注射TCM-N&Cy&Fe@P后进行活体近红外荧光成像追踪，以及注射后24 h获取的离体器官（心、肝、脾、肺、肾及肿瘤）的近红外荧光图像；B）肿瘤组织中荧光强度的定量分析；C）肿瘤与其他离体器官间的荧光强度对比；D）近红外成像引导下对肿瘤荷瘤小鼠进行手术切除；E）小鼠经尾静脉注射TCM-N&Cy&Fe@P后各主要器官的代表性H&E染色图像。
图7. 识别并勾勒患者新鲜切除肺癌组织的肿瘤边界。A，B）术中及术后采用AIE活性纳米探针TCM-N&Cy&Fe@P对肺癌组织进行特异性标记；C）在人肺癌手术中，对切除的肺组织及肿瘤组织喷洒TCM-N&Cy&Fe@P溶液后，通过荧光胸腔镜采集的组织轮廓图像；D，E）术中采集并经病理确认为肺癌的手术组织标本，通过TCM-N&Cy&Fe@P对冷冻切片进行荧光成像与H&E染色观察，分别显示肿瘤组织及肿瘤与癌旁组织的交界区域。注：红色通道（激发波长525 nm，发射波长680 nm）表示TCM-N的荧光信号；绿色箭头指示正常肺泡结构（肺泡壁完整、腔内清晰）；黄色箭头指示恶性成分（肺泡结构紊乱，肺泡腔内可见染色的肺癌细胞），且肿瘤细胞在沿肺泡壁多层生长过程中表现出增强的荧光信号。
