醫(yī)學(xué)“黑科技”來襲：靶向熒光探針

       在過去幾十年中，分子影像技術(shù)的發(fā)展大大提高了腫瘤診治的能力，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)一般基于生物體本身的物理特性或解剖學(xué)特征，缺乏特異性。而分子影像技術(shù)則借助分子水平的改變進(jìn)行成像，能夠特異性反映腫瘤細(xì)胞的功能屬性。目前，分子成像技術(shù)主要包括核素成像（如PET和SPECT）、核磁共振和光學(xué)成像等。我們主要關(guān)注光學(xué)成像，即熒光分子探針。

       術(shù)中導(dǎo)航

       手術(shù)是實(shí)體瘤治療的基礎(chǔ)，但在過去的幾十年中，手術(shù)技術(shù)并未發(fā)生根本改變，外科醫(yī)生主要依賴術(shù)中的主觀評估（如組織結(jié)構(gòu)、顏色和觸感等）來區(qū)分腫瘤組織和周圍正常組織，不可避免地會導(dǎo)致腫瘤殘留或?qū)φ＝M織的過度切除。

       手術(shù)殘留和預(yù)后不良以及癌癥復(fù)發(fā)息息相關(guān)，而過度切除則可能傷害周圍正常組織。因此判斷腫瘤邊界十分重要。靶向熒光探針能夠在術(shù)中實(shí)時點(diǎn)亮癌細(xì)胞，幫助醫(yī)生判斷腫瘤邊界和發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶，這一概念也被稱為熒光引導(dǎo)手術(shù)（fluorescence-guided surgery，F(xiàn)GS）。

       小編覺得這個技術(shù)真的非?？?！

       早癌診斷

       在我國，消化道惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率遠(yuǎn)高于世界平均水平。早期消化道癌癥其實(shí)并不可怕，預(yù)后良好，治療后 5 年的生存率高達(dá) 90%。內(nèi)鏡是消化道早癌診斷的主要工具，但現(xiàn)有的內(nèi)鏡檢查技術(shù)并不能滿足胃腸癌診斷的臨床需要，早癌診斷率不足 20%。

       現(xiàn)有內(nèi)鏡檢查的主要問題包括：內(nèi)鏡活檢依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，容易漏檢早期微小病變；白光檢查深度有限，僅能探測表面病變。

       靶向熒光探針可特異性點(diǎn)亮病變細(xì)胞，幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)容易疏漏的病變，提高早癌的檢出率。

       探針設(shè)計(jì)

       靶向熒光探針通常由三部分組成：識別基團(tuán)（recognition element）、報告基團(tuán)（fluorophore）和連接體（linker）。識別基團(tuán)決定了探針的選擇性和特異性，報告基團(tuán)決定了其靈敏度，而連接體則可以調(diào)節(jié)探針的大小、藥代動力學(xué)、生物分布和帶電情況等特性。

       識別基團(tuán)是探針最核心的部分，主要有兩種識別策略：一是利用癌細(xì)胞表面過表達(dá)的受體，如葉酸受體和 EGFR 等；二是利用腫瘤組織中過表達(dá)的酶，如組織蛋白酶（cathepesins）和基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）等，這些酶往往和腫瘤的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移有關(guān)。

       近紅外熒光

       靶向熒光探針多采用近紅外熒光（NIR，700-900nm），如 ICG、Cy5 和 IRDye800CW 等。與可見光相比，NIR 熒光組織穿透性好（5-10mm）、散射小、背景熒光低，更適合臨床在體成像。

       另外，人們也致力于開發(fā)波長更長的熒光，從 NIR I 區(qū)（700-900nm）到 NIR II 區(qū)（1000-1700nm）。

       臨床研究現(xiàn)狀

       吲哚菁綠（ICG）是目前唯一一個被批準(zhǔn)用于臨床的 NIR 熒光，主要應(yīng)用于血管和淋巴造影、前哨淋巴結(jié)鑒定和肝 臟外科手術(shù)等。但 ICG 本身并不具有腫瘤靶向性。

       目前，BLZ-100、OTL38、EMI-137 和貝伐單抗-IRDye800CW 等靶向熒光探針已進(jìn)入臨床研究，其中 OTL38 針對卵巢癌的臨床試驗(yàn)已進(jìn)入III期，此外還有一系列探針正在臨床前開發(fā)中。雖然分子熒光探針還面臨著儀器適配、臨床監(jiān)管審批和臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)等種種挑戰(zhàn)，但未來這一技術(shù)將徹底改變癌癥外科手術(shù)和早癌診斷的現(xiàn)狀。

       接下來，我們將向大家介紹首個進(jìn)入臨床試驗(yàn)的熒光探針。

       “黑科技”解讀 | 首個進(jìn)入臨床試驗(yàn)的靶向熒光探針

       葉酸（folicacid）也稱維生素 B9，女性在備孕和懷孕期間需要補(bǔ)充葉酸，以預(yù)防胎兒畸形。葉酸是 DNA 合成與復(fù)制、細(xì)胞分裂等重要途徑所必需的物質(zhì)。因此，葉酸對快速分裂的細(xì)胞尤為重要，如腫瘤細(xì)胞。

       今天小編要向大家隆重介紹它的受體，也就是葉酸受體（folate receptor，F(xiàn)R），細(xì)胞主要依賴葉酸受體攝入葉酸。

       葉酸受體

       葉酸受體有 α、β 和 γ 三個亞型，其中 FR-α 在多種人類腫瘤中過表達(dá)，如卵巢癌（90% 的卵巢癌過表達(dá) FR-α）、乳腺癌、宮頸癌、肺癌和腎細(xì)胞癌等；而在正常細(xì)胞中表達(dá)量低，主要表達(dá)于輸卵管和子宮內(nèi)膜等組織。

       因此人們可以利用 FR-α 在腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞上表達(dá)的差異，將葉酸或葉酸類似物與標(biāo)記物（如**核素、熒光染料等）偶聯(lián)形成示蹤劑，將其注入體內(nèi)，就能與 FR-α 特異性結(jié)合，選擇性地標(biāo)記腫瘤細(xì)胞。

       葉酸本身就是人體必需的物質(zhì)，利用葉酸制成的靶向熒光探針在安全性和生化特性上有著天然的優(yōu)勢，從這個角度看小編覺得葉酸受體這個靶點(diǎn)真的非常優(yōu)秀，忍不住要點(diǎn)個贊！

       EC17

       EC17 是第一代基于葉酸受體的靶向熒光探針，也是首個進(jìn)行人類試驗(yàn)的靶向熒光探針，由葉酸偶聯(lián)異硫氰酸熒光素（FITC）構(gòu)成。

       在一項(xiàng)卵巢癌臨床試驗(yàn)中【ref.1】，研究者將該探針用于術(shù)中實(shí)時探測腫瘤，結(jié)果表明，EC17 的特異性高達(dá) ，也就是說所有過表達(dá) FR-α 的惡性腫瘤均有熒光；而不表達(dá) FR-α 的腫瘤或良性腫瘤則沒有熒光。另外熒光圖像能幫助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)更多腫瘤病灶，數(shù)量約為可見光的 5 倍。

       但由于 FITC 不是近紅外熒光，組織穿透性較差，難以探測到較深的病灶，另外也容易受到健康組織自發(fā)熒光的影響。為了克服這些問題，研究者開發(fā)了第二代熒光探針——OTL38。

       OTL38

       OTL38 由葉酸和 S0456 近紅外熒光染料組成，熒光可探測的深度達(dá) 1-2 厘米。目前已經(jīng)開展了多項(xiàng)臨床試驗(yàn)，來驗(yàn)證 OTL38 在多種癌癥中的應(yīng)用。

       OTL38 臨床試驗(yàn)一覽：

       其中，針對卵巢癌的研究已進(jìn)入臨床 III 期。在一項(xiàng) II 期研究中【ref.4】，研究人員在 OTL38 的引導(dǎo)下共切除了 83 處病變，其中 62 處為惡性病變，陽性率為 75%，值得注意的是，這其中又有 29% 的惡性病變無法通過普通可見光觀察到，表明 OTL38 可以提高腫瘤病灶的檢出率。

       讀到這里，小編相信聰明的你肯定已經(jīng)注意到，在這項(xiàng)研究中 OTL38 有 25% 的假陽性率，也就是說有些帶有熒光的組織并不包含腫瘤細(xì)胞。研究人員在子宮和輸卵管這些健康組織中觀察到了微弱的熒光。另外，大部分患者的淋巴結(jié)也有強(qiáng)烈的熒光，其中大多數(shù)淋巴結(jié)不包含轉(zhuǎn)移瘤，可能是由于 OTL38 與表達(dá) FR-β 的巨噬細(xì)胞結(jié)合導(dǎo)致的。

       OTL38 針對肺癌的研究也已進(jìn)入臨床 II 期，F(xiàn)R-α 在 85% 的肺腺癌中高表達(dá)。除了靶向熒光探針外，葉酸還可以作為載體，將抗腫瘤藥物特異性遞送至葉酸受體呈陽性的腫瘤細(xì)胞中。生活中常見的葉酸補(bǔ)充劑竟然在腫瘤診治中有這么多妙用，肯定讓你刮目相看！

       接下來我們將推出系列文章，詳細(xì)介紹各種靶向熒光探針，深入解讀臨床試驗(yàn)結(jié)果，敬請關(guān)注。

       參考文獻(xiàn)：

       [1] Dam, G. M. van et al. Nature Medicine 17, 1315–1319 (2011).

       [2]Burggraaf, J. et al. Nature Medicine 21, 955–961 (2015).

       [3]Garland, M., Yim, J. J. & Bogyo, M. Cell Chemical Biology 23, 122–136 (2016).

       [4] Hoogstins, C. E. S. et al. Clin Cancer Res 22, 2929–2938 (2016).