用于闭环肿瘤光热治疗的多功能光纤诊疗探针

一根对抗隐匿肿瘤的微小光纤

癌症专家面临一个顽固的问题：如何在不开大口、又不损伤周围健康组织的情况下，精确摧毁深部埋藏的肿瘤。该研究提出了一种发丝粗细的光学纤维探针，可直接滑入肿瘤内部，将其加热到致死温度，同时实时“侦听”肿瘤的化学状态和温度。其结果是一个闭环治疗工具，能够识别肿瘤边界、施加恰到好处的热量，并快速判断治疗是否有效。

为什么给肿瘤加热很难

基于光的癌症治疗有望对肿瘤造成高度局部化的损伤，从而保护机体其他部位。但光在组织中的传播距离有限，且许多现有方法依赖在体内循环的纳米颗粒，这引发了长期毒性方面的担忧。现有光纤探针通常每根纤维只承担一项功能——要么治疗要么感测，往往需要多根独立纤维，这意味着更大的切口、更刚性的器械以及更多的不适。临床上在治疗过程中也很少得到即时反馈，因此难以避免对肿瘤加热不足或对健康组织过热。

一根纤维，既能“看”又能加热并即时检查

研究者通过将三种不同的光响应成分集成到单根光纤的锥形末端来应对这些挑战。该末端只有人体头发般粗细，涂覆有一层薄薄的水凝胶，包含：一种用于描绘肿瘤酸性环境的pH敏感染料、一种用于读取局部温度的温度敏感材料，以及一种将近红外光转换为热能的染料以用于治疗。关键在于每种成分对不同波长的光有选择性响应，这一策略借鉴了电信领域的波分复用。通过简单改变输入波长，医生即可在同一根纤维上在pH感测、温度感测与加热之间切换，而各信号互不干扰。

倾听肿瘤的化学信号

许多肿瘤在周围形成酸性环境，其酸度程度与肿瘤侵袭性密切相关。团队的pH传感器能在与健康组织和癌变组织相关的范围内，检测到小于0.02 pH单位的微小酸度变化。在带有结直肠肿瘤的小鼠体内，探针能清晰区分肿瘤组织与正常组织，甚至能根据从中心到边缘的酸度变化判断肿瘤的终止位置。治疗后，同一探针记录到酸性逐渐减弱的趋势，这表明组织趋于健康，是治疗起效的早期标志。

内置温控的智能加热

为确保摧毁肿瘤而不损伤相邻结构，探针持续测量自身温度。涂层内一种特殊设计的发光材料随温度升高改变其色彩平衡，系统据此推断温度，在接近体温时精度约为0.3摄氏度，在更高治疗温度下灵敏度更高。当通过同一纤维用红外激光激活加热染料时，实验室条件下探针末端可在比许多纳米粒子系统所需更低的功率下达到超过100摄氏度。在活体小鼠实验中，研究人员将纤维保持在约65摄氏度15分钟，使肿瘤外周达到治疗温度，同时动物未显示明显伤害。

在活体肿瘤中的结果

在小鼠实验中，这种闭环方法既有效又温和。在加热前，pH读数帮助定位肿瘤并定义其边界。在治疗过程中，探针的温度读数指导加热剂量。随后，反复的pH测量显示酸性稳步下降，反映血流改善和活跃癌细胞减少。随后的几天内，大多数被治疗的肿瘤缩小或消失，而未治疗的肿瘤持续生长。组织学分析证实了广泛的肿瘤细胞死亡、缺氧迹象减少以及治疗组细胞增殖降低，重要器官未见重大损伤。

这对病人意味着什么

简而言之，作者构建了一种多功能的“纤维医生”：它能找到肿瘤、从内部用光将其烧灼并立即检查是否治愈——所有这些都通过单根非常小的探针完成。由于系统通过颜色分离各项功能，未来可在不增加额外光纤的情况下加入更多感测和治疗模块。同样的设计思想也可推广到更柔软、更有弹性的纤维以用于长期植入。如果进一步开发以适用于人类，这项技术有望实现更精确、更微创并带有实时反馈的癌症治疗，帮助临床医生在尽量减少附带损伤的同时为每位患者定制疗法。

引用: Li, Z., Li, Z., Cheng, Z. et al. Multifunctional fiber-optic theranostic probe for closed-loop tumor photothermal therapy. Light Sci Appl 15, 216 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-026-02219-3

关键词: 光纤癌症治疗, 光热肿瘤消融, 肿瘤微环境pH, 微创诊疗一体化, 实时温度感测