深圳先進院成功研制亞波長分辨率反射式活體光聲顯微系統

　　日前，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所生物醫學光學與分子影像研究室宋亮課題組與鄭煒課題組緊密合作，在高分辨率活體光聲顯微成像領域取得新進展。團隊在國際上率先成功研制了空間分辨率高達320 nm的反射式光聲顯微系統，能夠對活體組織微血管，乃至毛細血管中單個紅細胞進行高精度的無外源標記成像，有望為探索腫瘤血管生成機制及開發針對血管的抗腫瘤治療策略提供革新的技術手段。相關科研成果“Reflection-mode in vivo photoacoustic microscopy with subwavelength lateral resolution”（《亞波長分辨率反射式活體光聲顯微系統》）發表在美國光學學會（OSA）11月11日出版的Biomedical Optics Express（《生物醫學光學快報》）5(12): 4235上。

　　癌癥嚴重威脅人類的健康，其預防與診治已成為我國重大公共衛生問題。腫瘤血管生成是癌癥的關鍵特征，除了為腫瘤提供氧之外，腫瘤新生血管還是癌細胞擴散轉移的重要途徑。在體高分辨率觀察腫瘤新生血管是研究癌擴散和轉移機制的先決條件，同時也是開展以血管為標靶的抗腫瘤治療的重要輔助手段。目前廣泛應用的共聚焦成像和多光子成像等技術可以實現高達亞微米的分辨率，然而需要借助于造影劑或基因改造等方法的血管標記手段不僅復雜，而且有可能會干擾組織微環境的自然屬性。如何實現組織微血管的在體無標記高分辨率成像，進而監測活體腫瘤血管生成及其對藥物干預的響應，一直是國內外腫瘤學成像領域的熱點問題。

　　在宋亮與鄭煒的聯合指導下，宋偉和劉瑞敏等團隊骨干利用血液固有的強光學吸收作用，巧妙結合光學變跡效應（optical apodization effect），設計了一款結構緊湊的光-聲一體化探測裝置。在此基礎上，成功研制了具備反射式成像功能的亞波長分辨率在體光聲顯微系統。與傳統成像手段不同，該系統通過探測血紅蛋白吸收脈沖激光后產生的超聲信號，獲取血液的光學吸收特性，從而揭示微血管的形態結構和生理功能等信息。基于這一獨特的成像對比機制，該系統無需外源造影劑即可成像復雜的微血管網絡，為觀察腫瘤血管的生成及其深層分子機制提供了新型可靠手段。

　　經表征，該系統的成像分辨率高達320 nm，是迄今為止國際上反射式光聲成像技術實現的最高分辨率。體外細胞和活體動物成像結果證實，該系統不僅可以清晰呈現紅血球和黑色素瘤細胞的亞細胞結構，而且能夠高對比度地刻畫微血管網絡的三維形態結構。此外，該光聲顯微成像系統集成了高速激光掃描振鏡，使圖像采集速度大幅提高，為將來觀測活體動物腫瘤血管的動態生理特征奠定了良好的基礎。立足于上述研究成果，目前研究團隊正著手構建融合光聲和多光子等多種先進成像技術的高分辨率多模式顯微系統，旨在獲取惡性腫瘤及腦組織微環境的多重復雜生物學特征。針對該技術，研究團隊申請了中國發明ZL三項，并已獲得一項授權，為相關技術的產業轉化與推廣應用奠定了基礎。

反射式亞波長分辨率光聲顯微系統及其獲得的細胞與微血管圖像：(a) 光聲顯微系統示意圖；(b-c)系統展示的紅血球和黑色素瘤細胞的亞細胞結構；(d-e)系統獲取的活體小鼠耳部3D微血管網絡圖。