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Ultrasensitive Optical Detection and Elimination of Residual Microtumors with a Postoperative Implantable Hydrogel Sensor for Preventing Cancer Recurrence

纳米探针 光热治疗 材料科学 生物医学工程 生物标志物 癌症 癌症研究 医学 纳米技术 纳米颗粒 化学 内科学 生物化学
作者
Shizhen Geng,Pengke Guo,Jing Wang,Yunya Zhang,Yaru Shi,Xinling Li,Mengnian Cao,Yutong Song,Hongling Zhang,Zhenzhong Zhang,Kaixiang Zhang,Haiwei Song,Jinjin Shi,Junjie Liu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (14) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adma.202307923
摘要

Abstract In vivo optical imaging of trace biomarkers in residual microtumors holds significant promise for cancer prognosis but poses a formidable challenge. Here, a novel hydrogel sensor is designed for ultrasensitive and specific imaging of the elusive biomarker. This hydrogel sensor seamlessly integrates a molecular beacon nanoprobe with fibroblasts, offering both high tissue retention capability and an impressive signal‐to‐noise ratio for imaging. Signal amplification is accomplished through exonuclease I‐mediated biomarker recycling. The resulting hydrogel sensor sensitively detects the biomarker carcinoembryonic antigen with a detection limit of 1.8 pg mL −1 in test tubes. Moreover, it successfully identifies residual cancer nodules with a median diameter of less than 2 mm in mice bearing partially removed primary triple‐negative breast carcinomas (4T1). Notably, this hydrogel sensor is proven effective for the sensitive diagnosis of invasive tumors in post‐surgical mice with infiltrating 4T1 cells, leveraging the role of fibroblasts in locally enriching tumor cells. Furthermore, the residual microtumor is rapidly photothermal ablation by polydopamine‐based nanoprobe under the guidance of visualization, achieving ≈100% suppression of tumor recurrence and lung metastasis. This work offers a promising alternative strategy for visually detecting residual microtumors, potentially enhancing the prognosis of cancer patients following surgical interventions.
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