Organic afterglow luminescent probes (OALPs), characterized by their long-lasting luminescence after irradiation (by light, ultrasound, or X-rays) cessation, are pivotal tools in autofluorescence-free optical imaging. They exhibit ultra-low background noise interference, enhancing imaging sensitivity and ensuring clearer, more reliable imaging results. Moreover, they offer deeper tissue penetration compared to traditional optical imaging modalities, providing various information from deep tissues. Recently developed sonoafterglow and radioafterglow further enhance tissue penetration depth. This review outlines 2 design approaches for OALPs: coencapsulation and conjugation, which are derived from their luminescent mechanism. Guided by these strategies, researchers have designed 3 types of OALPs: near-infrared OALPs, responsive OALPs, and ratiometric OALPs. Additionally, we also provided examples of how OALPs are integrated with therapy and applied in the field of cancer theranostics. Finally, we discuss certain challenges encountered in the advancement of the next generation of OALPs, aiming to broaden their scope of applications.
有机余辉发光探针（OALPs）是一类在光、超声或X射线照射停止后仍能持续发光的新型生物材料，已成为无自发荧光光学成像领域的关键工具。传统光学成像技术常受组织自体荧光的严重干扰，导致信噪比低且深层组织信息获取困难。尽管近红外发光有所改善，但穿透深度和背景噪声问题依然制约着其在复杂肿瘤微环境中的应用效果。本文旨在系统综述OALPs的发光机制与设计策略，探讨其如何解决上述成像瓶颈，并评估其在癌症诊疗一体化中的潜力与未来发展方向。
本综述基于OALPs独特的长余辉物理化学机制，提出了两种核心设计路径：共封装（coencapsulation）与共价偶联（conjugation）。这两种方法旨在优化发光中心与环境分子的相互作用，以延长激发态寿命并提高量子产率。在此基础上，研究者们构建了三种主要类型的探针体系：近红外OALPs、环境响应型OALPs以及比率型OALPs。特别是近年来发展的声致余辉和放射后发（sonoafterglow and radioafterglow）技术，通过利用高能激发源进一步突破了生物组织的光学穿透深度限制，为深层肿瘤成像提供了新的材料基础。
综述深入分析了不同设计策略下的探针性能表现及其科学解释。共封装与偶联技术的结合有效降低了非辐射跃迁损耗，显著提升了信号强度并实现了超低背景噪声干扰，从而大幅增强了成像的灵敏度与可靠性。近红外发射波段的选择使得光子能够穿透更厚的生物组织层；响应型探针则能特异性识别肿瘤微环境中的特定生化标志物，实现精准定位；比率型设计通过双通道信号校正，有效消除了激发源波动带来的误差。声致余辉和放射后发机制的引入，更是将成像深度从表层推进至深层器官，提供了传统光学手段无法获取的组织内部多维信息。
OALPs在癌症诊疗一体化中的应用展示了其巨大的临床转化前景，包括与光动力、化疗等治疗模式的整合及实时疗效监测。然而，当前技术仍面临余辉强度随时间衰减过快、体内长期生物安全性数据不足以及复杂制备工艺难以标准化等挑战。未来的工作需聚焦于开发具有更长持久性发光寿命的新型有机材料体系，优化其在体内的代谢行为与清除机制，并建立标准化的评价体系以推动其从实验室研究向临床前及临床应用迈进，从而进一步拓宽OALPs在精准医疗领域的应用范围。
Les sondes luminescentes à après-éclat organiques (SALO), caractérisées par leur émission lumineuse persistante après l'arrêt de l'irradiation (par lumière, ultrasons ou rayons X), constituent des outils pivots pour l'imagerie optique sans autofluorescence. L'imagerie optique traditionnelle souffre souvent d'un bruit de fond élevé dû à la fluorescence tissulaire intrinsèque, ce qui réduit la sensibilité et limite la profondeur de pénétration dans les tissus profonds. Bien que certaines approches aient amélioré ces aspects, le besoin de méthodes offrant un contraste exceptionnel pour l'imagerie tumorale profonde demeure critique. Cet article vise à passer en revue les mécanismes fondamentaux des SALO et leurs stratégies de conception, tout en évaluant leur potentiel spécifique dans le domaine du theranostic du cancer.
Cette synthèse expose deux approches principales de conception dérivées directement des mécanismes d'émission : la co-encapsulation et la conjugaison. Ces méthodes permettent de stabiliser les états excités et de minimiser l'extinction non radiative, favorisant ainsi une émission prolongée. Guidées par ces principes, trois types majeurs de SALO ont été développés : des sondes émettant dans le proche infrarouge (NIR), des sondes sensibles aux stimuli environnementaux, et des sondes rationnelles à double signal. De plus, l'introduction récente des concepts d'après-éclat sonochimique et radiochimique a considérablement étendu la profondeur de pénétration tissulaire en utilisant respectivement les ultrasons et les rayons X comme sources d'excitation.
Les résultats présentés démontrent que l'utilisation de ces sondes permet une interférence par le bruit de fond ultra-faible, améliorant ainsi considérablement la sensibilité et garantissant des résultats d'imagerie plus clairs et fiables. Les émissions dans le proche infrarouge offrent une pénétration tissulaire supérieure à celle des modalités optiques traditionnelles, permettant l'acquisition d'informations provenant de tissus profonds. L'intégration avec les thérapies existantes a été illustrée par divers exemples montrant comment ces sondes peuvent être couplées à des agents thérapeutiques pour le suivi en temps réel du traitement tumoral. Les mécanismes rationnels et sonochimiques permettent d'obtenir une imagerie précise même dans des environnements biologiques complexes où les signaux faibles sont souvent masqués.
L'intégration des SALO avec diverses modalités thérapeutiques ouvre de nouvelles perspectives pour le theranostic du cancer, combinant diagnostic précis et traitement ciblé. Cependant, l'avancement vers une nouvelle génération de ces sondes se heurte à certains défis majeurs, notamment la nécessité d'améliorer la durée de vie de l'émission et les profils de biodégradation in vivo. Les limitations actuelles incluent également des contraintes liées aux protocoles de synthèse complexes qui peuvent entraver leur standardisation pour une utilisation clinique large. Des travaux futurs sont nécessaires pour surmonter ces obstacles, élargir le champ d'application de ces technologies et garantir leur sécurité à long terme avant leur adoption généralisée en milieu hospitalier.
有機余輝発光プローブ（OALPs）は、光、超音波またはX線照射の停止後も持続的な発光を示す特性を有し、自己蛍光のない光学イメージングにおける中核的ツールとして注目されています。従来の光学イメージング法では組織由来の背景ノイズが強く、感度が低下したり深部組織からの情報取得が困難であったりするという課題があります。特に、深い部位にある腫瘍の詳細な情報を得るためには、より高い透過性と低いバックグラウンドノイズを兼ね備えた新たなアプローチが必要とされています。本稿は、OALPsの発光メカニズムに基づいた設計戦略を体系的にレビューし、がん治療診断（セラノスティクス）におけるその応用可能性と将来の展望について論じます。
このレビューでは、発光機構から導き出された2つの主要な設計アプローチである共封入法および共有結合法について詳述します。これらの手法は、励起状態寿命を延長し量子収率を向上させるために不可欠です。これらを基盤として、近赤外域で発光するOALPs、環境応答型OALPs、比率測定型のOALPsの3種類のプローブが設計・開発されました。さらに近年では、超音波やX線を利用したソノアフターグローおよびラジオアフターグローの開発により、生体組織への透過深度を大幅に向上させることに成功しており、深部腫瘍イメージングのための新たな材料基盤を提供しています。
得られた知見によると、OALPsは超低い背景ノイズ干渉を示し、感度を高めるとともに、より明確で信頼性の高い画像結果をもたらすことが確認されました。近赤外発光および新しい励起源の採用により、従来の光学イメージング法よりも深い組織層への浸透が可能となり、深部からの多様な情報を取得できます。共封入と結合戦略は非放射遷移を抑制し信号強度を増大させます。応答型プローブは腫瘍微小環境の特異的マーカーに反応し、比率測定型は外部擾乱の影響を受けない安定した定量分析を実現します。これらの特性により、複雑な生体内での高精度イメージングが実現されています。
OALPsを治療法と統合しがんセラノスティクスに応用する事例を示すことで、その臨床的価値が強調されました。しかしながら、次世代のOALPs開発においては、発光持続時間の短さや体内動態に関する不確実性など、いくつかの課題に直面しています。これらの限界は、材料の安定性と生体適合性の向上を急務としています。今後の研究では、これらの課題に対処し、応用範囲を広げるための新たな有機後輝発光物質の開発と評価基準の確立が求められています。これにより、OALPsの臨床利用の可能性が大きく拡大され、がん治療診断における精度と有効性がさらに高まることが期待されます。
Las sondas de luminiscencia con después-resplandor orgánico (SLO), caracterizadas por su emisión lumínica persistente tras la cesación de la irradiación (mediante luz, ultrasonido o rayos X), son herramientas fundamentales en el campo de la imagen óptica libre de autofluorescencia. La imagenología óptica tradicional a menudo enfrenta interferencias significativas debido al ruido de fondo elevado y una penetración tisular limitada, lo que compromete la sensibilidad y la claridad de los resultados, especialmente para tejidos profundos. A pesar de los avances en modalidades como el infrarrojo cercano, persiste la necesidad de superar las barreras de contraste y profundidad para aplicaciones oncológicas precisas. Este artículo revisa sistemáticamente los mecanismos subyacentes a las SLO y sus estrategias de diseño, evaluando su potencial específico en el ámbito del teranóstico del cáncer.
Esta revisión detalla dos enfoques principales de diseño derivados directamente de sus mecanismos luminescentes: la co-encapsulación y la conjugación. Estas metodologías buscan optimizar la interacción entre los centros luminiscentes y las moléculas ambientales para prolongar el tiempo de vida del estado excitado y mejorar la eficiencia cuántica. Basándose en estas estrategias, se han diseñado tres tipos principales de SLO: sondas que emiten en el infrarrojo cercano (NIR), sondas responsivas a estímulos específicos y sondas ratiométricas para corrección de señales. Además, las recientes innovaciones en después-resplandor sónico y radiológico han ampliado significativamente la profundidad de penetración tisular al utilizar ultrasonidos y rayos X como fuentes de excitación.
Los hallazgos principales indican que el uso de estas sondas resulta en una interferencia por ruido de fondo ultra-baja, mejorando drásticamente la sensibilidad de imagen y garantizando resultados más claros y confiables. La capacidad de penetrar tejidos profundos supera a las modalidades ópticas tradicionales, proporcionando información valiosa desde regiones internas del cuerpo que antes eran inaccesibles. Las técnicas de co-encapsulación y conjugación reducen eficazmente la pérdida por transiciones no radiativas, maximizando el contraste. Los ejemplos presentados demuestran cómo estas sondas pueden integrarse con diversas terapias para monitorear en tiempo real la respuesta al tratamiento tumoral mediante señales estables y específicas.
La integración de las SLO con modalidades terapéuticas abre nuevas perspectivas prometedoras para el teranóstico del cáncer, combinando diagnóstico preciso con intervenciones dirigidas. Sin embargo, el avance hacia una nueva generación de estas sondas enfrenta ciertos desafíos críticos, incluyendo la necesidad de mejorar la duración de la emisión y comprender mejor su seguridad biológica a largo plazo in vivo. Las limitaciones actuales abarcan también dificultades en los procesos de síntesis complejos que pueden obstaculizar su estandarización para uso clínico generalizado. El trabajo futuro debe centrarse en superar estos obstáculos, ampliar el alcance de aplicaciones y garantizar la viabilidad clínica antes de una adopción más amplia en entornos hospitalarios.
تُعدّ المجسات المضيئة العضوية ذات التوهج اللاحق (OALPs)، التي تتميز بإصدار ضوء مستمر بعد توقف الإشعاع (بالضوء، أو الموجات فوق الصوتية، أو الأشعة السينية)، أدوات محورية في التصوير البصري الخالي من الفلورة الذاتية. تواجه تقنيات التصوير البصرية التقليدية تحديات كبيرة تتمثل في الضوضاء العالية الناتجة عن التداخل الذاتي للأنسجة، مما يقلل من حساسية الكشف ويحدّ من القدرة على الحصول على معلومات واضحة من الأنسجة العميقة. ورغم التطورات الحالية، لا تزال هناك حاجة ماسة إلى حلول توفر اختراقاً أعمق وتقليلًا جذريًا للخلفية الضوئية لضمان دقة التشخيص في البيئات المعقدة مثل الأورام السرطانية. يهدف هذا الاستعراض إلى تغطية الآليات الأساسية لتصميم هذه المجسات واستراتيجياتها، مع تقييم إمكاناتها في مجال العلاج والتشخيص المتكامل للسرطان.
يستعرض هذا البحث منهجيتين رئيسيتين للتصميم مشتقتين مباشرة من آليتها الفيزيائية والكيميائية: التغليف المشترك (coencapsulation) والاقتران التساهمي (conjugation). تهدف هذه الأساليب إلى تحسين تفاعل مراكز الإضاءة مع الجزيئات المحيطة لإطالة عمر الحالة المثارة وزيادة كفاءة الكم. استنادًا إلى هاتين الاستراتيجيتين، تم تصميم ثلاثة أنواع رئيسية من المجسات: مجسات تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، ومجسات مستجيبة للمحفزات البيئية، ومجسات ذات نسبة إشارة مزدوجة للتصحيح الدقيق. علاوة على ذلك، فإن التطورات الحديثة في تقنيات التوهج اللاحق بالموجات فوق الصوتية والإشعاع قد عززت بشكل كبير من عمق اختراق الأنسجة الحيوية.
تُظهر النتائج الرئيسية أن استخدام هذه المجسات يؤدي إلى تداخل ضوضاء خلفية منخفض للغاية، مما يعزز حساسية التصوير ويضمن نتائج أكثر وضوحًا وموثوقية. توفر الانبعاثات في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة قدرة على اختراق الأنسجة أعمق مقارنة بالطرق البصرية التقليدية، مما يوفر معلومات متنوعة من داخل الأعضاء العميقة التي يصعب الوصول إليها بطرق أخرى. تسمح استراتيجيات التغليف والاقتران بتقليل الفقد غير الإشعاعي وزيادة شدة الإشارة بشكل كبير. كما توضح الأمثلة المقدمة كيفية دمج هذه المجسات مع علاجات مختلفة لمراقبة فعالية العلاج في الوقت الفعلي، مما يفتح آفاقًا جديدة للتشخيص الدقيق.
إن تكامل مجسات OALPs مع العلاجات المختلفة يظهر إمكانات هائلة لتطبيقاتها السريرية في مجال علاج وتشخيص الأورام. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تواجه تطوير الجيل القادم من هذه المجسات، بما في ذلك الحاجة إلى تحسين مدة استمرار التوهج وفهم أفضل لسلامتها البيولوجية على المدى الطويل داخل الجسم الحي. تشمل القيود الحالية أيضًا تعقيدات عمليات التصنيع التي قد تعيق توحيد المعايير للاستخدام السريري الواسع النطاق. يجب أن يركز العمل المستقبلي على التغلب على هذه العقبات، وتوسيع نطاق التطبيقات المتاحة، وضمان الفعالية والسلامة قبل اعتمادها بشكل أوسع في الممارسات الطبية الروتينية.