一种“零背景-开启型”NIR-II 光声有机纳米探针用于肿瘤免疫治疗响应精准评估
第一作者：Xi Li
通讯作者：Xiaomei Lu，Yufu Tang，Wei Huang
通讯单位：南京工业大学柔性电子重点实验室/先进材料研究院/柔性电子学院；南京邮电大学柔性电子国家重点实验室/先进材料研究院；西北工业大学柔性电子前沿科学中心等
发表期刊：Journal of the American 6Chemical Society
发表时间：为2026年4月24日
癌症免疫治疗并不是对所有患者都有效，如何尽早判断治疗是否起效，是精准治疗中的关键问题。传统“off-on”激活型探针虽然可以响应免疫相关生物标志物，但在“off”状态下仍然存在一定背景信号。当探针在肿瘤部位大量富集时，这种弱背景信号会被放大，容易与真正的生物标志物激活信号混淆，影响伴随诊断准确性。本文提出一种“zero-on”近红外二区光声有机纳米探针 SPCDx，在未激活状态下几乎没有 NIR-II 光声背景信号，当遇到免疫反应相关的 ClO⁻ 后，聚合物由非共轭结构转变为 π 共轭结构，从而产生强光声信号。该探针实现了 40.6 倍光声开启响应，在盲法实验中以 100% 准确率识别免疫治疗响应个体，并且比流式细胞术早 42 h 监测到早期免疫反应，比肿瘤体积变化早 6 天预测治疗效果。
1. 不是简单“增强信号”，而是从源头消除背景干扰。
传统 off-on 探针的“off”状态并不是真正无信号，肿瘤富集后容易产生假阳性。本文设计的 SPCDx 在未激活状态下与 PBS/水的背景信号无显著差异，真正实现了统计意义上的“zero”背景。
2. 用“共轭结构开关”实现近红外二区光声信号开启。
SPCDx 中的 10H-phenothiazine 结构在 ClO⁻ 作用下发生结构转变，使聚合物由非共轭状态转为 π 共轭状态，吸收进入 1064 nm 附近，从而产生强 NIR-II 光声信号。
3. 可用于免疫药物筛选、患者分层和早期疗效预测。
SPCDx 不仅可以区分不同强度的免疫药物响应，还能在盲法实验中 100% 区分 Motolimod 处理组与未处理组，优于传统 off-on 对照探针的 56.3% 准确率。
Figure 1是全文的核心。传统 off-on 探针的问题是“关不干净”，即使没有真正的免疫响应，探针在肿瘤中富集后也可能产生背景信号。SPCDx 的优势在于初始状态几乎无 NIR-II 光声信号，因此肿瘤中检测到的信号更可能来自真实的生物标志物激活。作者把这种设计用于四个方向：患者分层、免疫药物筛选、治疗结果预测和早期免疫反应监测。
（a）传统 off-on 探针存在背景信号，易产生假阳性。
（b）zero-on 探针背景接近水，减少误判。
（c）zero-on 探针用于免疫治疗伴随诊断和患者分层。
（d）SPCDx 经 ClO^- 激活后，由非共轭状态转为共轭状态，开启 NIR-II 光声信号。
Figure 2 展示的SPCDx 的水合粒径约为 75 nm，TEM 显示其为均一球形纳米颗粒。随着 ClO⁻ 浓度从 0 增加到 44 μM，SPCDx 在 1064 nm 处吸收明显增强，说明 ClO⁻ 成功触发了聚合物共轭结构恢复。其体外检测 ClO⁻ 的线性范围为 0–44 μM，R² = 0.998，检测限为 0.30 μM，响应时间小于 30 s。更重要的是，在没有 ClO⁻ 时，SPCDx 的 NIR-II 光声信号与 PBS 无显著差异；加入 ClO⁻ 后，光声信号增强最高可达 40.6 倍。对 H₂O₂、·OH、ONOO⁻、NO、H₂S、GSH、Cys、Hcy 等干扰物的响应很弱，说明该探针对 ClO⁻ 具有较好的选择性。
（a）SPCDx 的粒径分布和 TEM 图。
（b）不同 ClO^- 浓度下的吸收光谱变化。
（c）加入 ClO^- 后，1064 nm 吸收随时间增强。
（d）不同 ClO^- 浓度下的 NIR-II 光声图像。
（e）光声信号与 ClO^- 浓度的线性关系。
（f）SPCDx 对不同干扰物的光声响应。
（g）光声信号定量，显示其对 ClO^- 的选择性。
Figure 3 作者选择了三种免疫调节能力不同的药物：Dasatinib 的重极化能力极低，Motolimod 较低，R848 较强。流式结果显示，R848 处理后 M1 标志物 CD80 增加最明显，M2 标志物 CD206 减少更明显；ELISA 结果也显示促炎因子 IL-6 增加、IL-10 下降。对应到 SPCDx 光声成像中，Dasatinib、Motolimod、R848 处理后的细胞信号分别为未处理 M2 细胞的 1.4 倍、2.5 倍和 6.1 倍。也就是说，SPCDx 的光声信号可以反映不同药物诱导 M2→M1 重极化的强弱。
（a）三种具有不同巨噬细胞重极化能力的免疫药物结构：Dasatinib、Motolimod 和 R848。
（b）巨噬细胞极化实验流程：RAW264.7 细胞先经 IL-4 诱导为 M2 型，再经不同药物处理向 M1 型重极化，并分别用于 ELISA、流式细胞术和 SPCDx 光声成像。
（c）细胞实验分组设计。
（d）不同处理后 M1 型巨噬细胞 F4/80+CD80+ 和 M2 型巨噬细胞 F4/80+CD206+ 的流式细胞术分析。
（e）不同处理组中 M1/M2 巨噬细胞比例。
（f）ELISA 检测不同处理组培养液中 IL-10 和 IL-6 的水平。
（g）不同处理组细胞经 SPCDx 孵育后的 NIR-II 光声成像图。
（h）图（g）对应的光声信号定量结果。
Figure 4 作者对 4T1 荷瘤小鼠模型，生理盐水组和仅注射 SPCDx 组几乎没有明显信号变化，说明未治疗肿瘤中的基础 ClO⁻ 水平较低。Dasatinib、Motolimod 和 R848 处理组则出现明显 NIR-II 光声信号增强。与仅 SPCDx 组相比，Dasatinib、Motolimod、R848 组最大信号分别升高 2.7 倍、5.7 倍和 22.4 倍，与它们诱导巨噬细胞重极化能力的强弱一致。后续 ELISA 和免疫荧光也证明，Motolimod 和 R848 处理后 IL-6、TNF-α 增加，肿瘤组织中 M1 型巨噬细胞增加、M2 型减少。这个结果说明 SPCDx 不是单纯显示探针富集，而是在反映真实的免疫激活过程。
（a）动物给药和成像流程。
（b）不同处理组小鼠的实时 NIR-II 光声图像。
（c）肿瘤部位光声信号随时间变化。
（d）根据光声信号筛选免疫药物效果。
Figure 5 作者构建了一个传统 off-on 对照探针 15% SPCDx，它具有一定背景信号，开启比约为 4.2，接近许多传统 off-on 探针的水平。随后进行盲法实验：每组 16 只小鼠，其中 8 只接受 Motolimod，8 只接受生理盐水，但成像诊断者不知道分组信息。结果显示，传统 15% SPCDx 只能达到 56.3% 的识别准确率，因为背景信号干扰较大，容易把未治疗小鼠误判为响应者。而真正 zero-on 的 SPCDx 可以 100% 正确识别 Motolimod 处理组和未处理组。更进一步，SPCDx 对治疗结果的预测也与后续肿瘤体积变化完全一致，并且比肉眼可见的肿瘤缩小提前约 6 天。
（a）传统 off-on 探针存在较高背景信号。
（b）zero-on 探针初始背景接近零。
（c）15% SPCDx 组的诊断阈值。
（d）SPCDx 组的诊断阈值。
（e）盲法动物分层示意图。
（f）15% SPCDx 组 16 只小鼠的光声图像。
（g）SPCDx 组 16 只小鼠的光声图像。
（h）15% SPCDx 组的分层结果。
（i）SPCDx 组的分层结果。
（j）两种探针的诊断准确率比较。
（k）不同处理组小鼠的肿瘤体积变化。
Figure 6 SPCDx 用于监测低剂量免疫药物诱导的早期免疫治疗反应。小鼠单次注射 Motolimod 或生理盐水后，立即注射 SPCDx 进行 NIR-II 光声成像，并结合流式细胞术分析肿瘤中 M1/M2 巨噬细胞比例变化。结果显示，SPCDx 可在更早时间捕捉到免疫激活信号。
（a）低剂量免疫治疗和检测流程。
（b）不同时间点的小鼠 NIR-II 光声图像。
（c）肿瘤部位光声信号随时间变化。
（d）0 h 和 6 h 光声信号比较。
（e）流式分析 M1/M2 巨噬细胞变化。
（f）M1 和 M2 巨噬细胞比例统计。
（g）M1/M2 比值变化。
本文提出了一种“zero-on”近红外二区光声有机纳米探针 SPCDx，用于癌症免疫治疗反应的超精准伴随诊断。该探针在未激活状态下几乎没有 NIR-II 光声背景信号，遇到免疫激活相关 ClO⁻ 后，聚合物由非共轭结构转变为 π 共轭结构，从而在 1064 nm 附近产生强光声响应。相比传统 off-on 探针，SPCDx 的核心优势是从源头降低背景干扰，使肿瘤部位的光声信号更接近真实免疫激活信号。实验结果表明，SPCDx 可区分不同免疫药物的重极化能力，在盲法实验中实现 100% 患者分层准确率，并能比流式细胞术和肿瘤体积变化更早预测治疗反应。整体来看，这项研究为免疫治疗伴随诊断提供了一种更高准确性、更早响应的分子成像策略。
https://doi.org/10.1021/jacs.6c02893
