研究成果：超分辨率成像精確穿透深層組織，超越衍射極限提升至20微米
想象一束光穿透小鼠皮層，不僅照亮毫米級血管，還能捕捉微米級毛細血管的動態(tài)——這并非科幻，而是2025年《Theranostics》期刊最新研究帶來的突破。瑞士蘇黎世大學(xué)與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究團隊開發(fā)了一種新型無核聚電解質(zhì)微膠囊（MCs），其負載氧化鐵納米顆粒（FeNP）和吲哚菁綠（ICG），顯著提升了定位光聲層析成像（LOT）的性能。該微膠囊通過層層自組裝技術(shù)合成，尺寸約4.0±0.5微米，具備強光聲信號、良好生物相容性及超45分鐘的長循環(huán)時間。實驗證明，MCs可突破傳統(tǒng)聲學(xué)衍射極限，實現(xiàn)深層組織微血管網(wǎng)絡(luò)的超分辨率成像（分辨率達20微米），并在腦、睪丸及腫瘤模型中驗證了其多參數(shù)成像能力（如血流方向、速度及氧合圖譜）。
相關(guān)成果以《Large-scale super-resolution optoacoustic imaging
facilitated by FeNP/ICG-loaded coreless polyelectrolyte microcapsules》為題，于2025年5月發(fā)表于《Theranostics》。通訊作者為Daniel Razansky與Xosé Luis Deán-Ben。
重要發(fā)現(xiàn)
01微膠囊設(shè)計與生物相容性
研究團隊采用鈣碳酸鹽（CaCO₃）模板合成MCs：
結(jié)構(gòu)設(shè)計：以CaCO₃為核心，依次包裹聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）、聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）、FeNP及ICG，最終溶解核心形成空心結(jié)構(gòu)。
光學(xué)與生物特性：紫外-可見-近紅外光譜顯示MCs在800nm處吸收顯著（ICG貢獻），體外細胞實驗（CHO細胞）證實濃度低于2×10⁹/mL時無毒性。小鼠體內(nèi)實驗顯示，注射后11天血液生化指標(biāo)無異常，驗證了其生物安全性。
02多模態(tài)光聲成像突破MCs的強單粒子信號與長循環(huán)時間，支撐了四種成像模式的創(chuàng)新應(yīng)用：
運動對比光聲成像（MC-OA）：
通過奇異值分解（SVD）過濾靜態(tài)組織信號，動態(tài)追蹤流動MCs，顯著提升微血管可見性。
腦成像中，小鼠皮層穿透血管的可見性較傳統(tǒng)OAT提升2.5倍，血管長度、分支點數(shù)量等參數(shù)顯著增加。
定向運動對比成像（DMC-OA）：
基于相位分析區(qū)分血流方向（朝向/背離探頭），精準(zhǔn)繪制腦皮層血流網(wǎng)絡(luò)。
超分辨率定位成像（LOT）：
通過單粒子定位與追蹤生成點云，突破聲學(xué)衍射極限，清晰呈現(xiàn)20微米級微血管。
結(jié)合粒子追蹤生成速度圖譜（平均血流速6.9mm/s），并整合多光譜數(shù)據(jù)解析氧飽和度。
03跨器官成像驗證腦部全景成像：
采用9點位柵格掃描，覆蓋小鼠全皮層（15mm范圍），首次實現(xiàn)全腦尺度超分辨血管圖譜。
睪丸與腫瘤模型：
睪丸成像中，LOT清晰顯示向心動脈與提睪肌動脈，為生殖系統(tǒng)疾病研究提供新工具。
腫瘤模型（U-87MG膠質(zhì)瘤）中，MCs揭示瘤內(nèi)新生血管及動靜脈畸形，助力抗血管生成治療評估。
創(chuàng)新與亮點
01破解深度-分辨率矛盾
傳統(tǒng)OAT受限于聲學(xué)衍射（~100微米分辨率）及有限視角偽影。MCs通過兩大機制突破瓶頸：
打破血液吸收連續(xù)性：流動MCs產(chǎn)生稀疏光聲信號，克服了血紅蛋白連續(xù)吸收導(dǎo)致的血管模糊，使穿透血管在有限視角下清晰可見。
聲學(xué)超分辨：LOT基于單粒子定位原理，將分辨率提升至20微米（超越衍射極限5倍），首次實現(xiàn)深層組織（3–4mm）微血管動態(tài)追蹤。
02多參數(shù)成像技術(shù)融合血流動力學(xué)量化：速度圖譜與氧合圖譜的結(jié)合，為中風(fēng)、腫瘤缺氧等研究提供多維數(shù)據(jù)。
全景掃描策略：利用MCs長循環(huán)特性，通過9點位掃描拼接實現(xiàn)全腦覆蓋，為神經(jīng)血管疾病提供全景視圖。
03臨床轉(zhuǎn)化潛力多功能微膠囊平臺：MCs外殼可負載靶向藥物或熒光探針，兼具治療與診斷功能（如磁引導(dǎo)腫瘤靶向）。
跨尺度成像適配性：從微血管（睪丸/腫瘤）到全器官（腦），技術(shù)可擴展至淺表腫瘤、外周血管疾病及內(nèi)窺鏡應(yīng)用。
總結(jié)與展望
本研究開發(fā)的FeNP/ICG負載微膠囊，通過增強光聲信號與延長循環(huán)時間，成功實現(xiàn)了深層組織微血管的超分辨率、多參數(shù)動態(tài)成像。其在腦、睪丸及腫瘤模型中的驗證，不僅攻克了傳統(tǒng)成像的深度-分辨率矛盾，更開創(chuàng)了血管動力學(xué)量化分析的新范式。未來，通過優(yōu)化MCs材料（如可降解聚電解質(zhì)）及激發(fā)波長（如1064nm以提升穿透性），技術(shù)有望進一步拓展至臨床淺表病變診斷。結(jié)合超聲內(nèi)窺鏡與磁共振等多模態(tài)成像，該平臺或?qū)⒊蔀樯窠?jīng)科學(xué)、腫瘤學(xué)及生殖醫(yī)學(xué)研究的變革性工具，為精準(zhǔn)醫(yī)療提供前所未有的微觀視野。
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Nozdriukhin D, Lyu S, Razansky D, Deán-Ben XL. Large-scale super-resolution optoacoustic imaging facilitated by FeNP/ICG-loaded coreless polyelectrolyte microcapsules. Theranostics. 2025 May 25;15(13):6412-6427.
DOI:10.7150/thno.112050.
