荧光照明技术升级，重塑医学和科研的应用方式 （中）
来源：Excelitas Technologies
发布时间：2025-05-29
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荧光在生物医学中的应用
自1871年首个合成荧光团被开发以来，荧光在生物医学和生命科学领域中经历了显著的发展²。组织学（包括抗体免疫组化）虽然提供了特异性，但其信号灵敏度不如荧光。荧光革命性地改变了生物研究，使研究人员能够精确定位细胞中的蛋白质。紫外/蓝光区域的自发荧光促使人们开发出在绿色或红色发射光谱区域中更易识别的荧光团。从蛋白质标记发展到使用荧光标记染色体（荧光原位杂交），实现了前所未有的遗传物质可视化与细致特异性。
1961年，Osamu Shimomura发现绿色荧光蛋白（GFP），这一发现进一步改变了科研领域。这种荧光团使科学家能够在不引入外部荧光分子、不破坏细胞的情况下，在细胞内生成带有荧光的蛋白质。绿色荧光蛋白的诞生，也为此后所有工程化荧光蛋白的发展奠定了基础。
最初作为更灵敏的抗体荧光标记技术，现已扩展至医学和诊断领域，为医学诊断提供了更高的特异性和灵敏度。
分析和医学诊断
由于其高灵敏度和高特异性，荧光被广泛应用于分析和医学诊断仪器中。荧光照明在分析/诊断领域的应用包括但不限于：用于分子或细胞成像的荧光显微镜/检测——可筛查数百个样本，例如新冠检测、荧光原位杂交（FISH）、动态研究等；细胞分选与分析，例如分离干细胞；体内诊断成像（这可基于荧光标记，也可以是无需标记的、依赖于生物化合物的内源性荧光）；食品与药物分析，例如质量控制、药代动力学、毒理学；以及在内窥镜检查和手术中的应用。
手术可视化
荧光引导手术是一种医学成像技术，旨在帮助外科医生在手术过程中识别和区分血管或肿瘤组织与正常组织。它使外科医生能够清晰看到肿瘤边界，有助于更彻底地切除肿瘤，同时保留健康组织和血管。
该技术通过在手术前或手术中给患者注入靶向荧光团实现。在手术过程中，使用内窥镜相机或头顶摄像头检测荧光并提供实时可视化。该技术的局限性包括组织穿透深度有限，以及肿瘤特异性荧光试剂的可得性问题。目前，这仍是一个研究活跃的领域，新的荧光探针和成像系统正在开发中，以扩展其能力和应用范围³。
以下荧光团已广泛应用于荧光引导手术中：
吲哚菁绿（ICG）：ICG自1956年起获得FDA批准，用于手术和眼科中识别血流和淋巴流动。使用近红外波长激发该荧光团可实现更深的组织穿透和更高的图像信噪比。ICG可用于清晰标记血管，确保在手术中尽可能减少对血管的损伤；它还可用于显示缺血或中风（血流不足），或显示肿瘤的存在（血流增加）。
原卟啉IX（PpIX）和5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）：当5-ALA进入体内后，它会代谢为PpIX，并在癌细胞中聚集。在蓝光激发下，PpIX会发出红色荧光，从而帮助外科医生区分肿瘤组织和正常组织，实现彻底的肿瘤切除。
尽管特异性较低，荧光素钠和亚甲蓝也常用于手术中进行结构可视化。亚甲蓝用于观察淋巴结以追踪淋巴流动与引流、甲状旁腺、输尿管、瘘管和窦道，也用于观察组织的血液灌注情况。
荧光素钠倾向于在血脑屏障受损区域聚集，因此适用于识别神经胶质瘤或其他血脑屏障被破坏的脑瘤。荧光素钠和亚甲蓝的聚集仅仅是因为生理特征的变化，例如血管增生或屏障破坏。它们主要用于增强手术过程中对结构的整体可视化，而不是以高选择性靶向特定组织。
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