导读——

传统纳米探针在生物医学成像中面临免疫清除快、靶向性差、毒性大等难题，严重限制了其在临床诊断与治疗中的应用。如何让纳米探针“精准导航”、延长寿命，成为领域内亟待突破的瓶颈。

主要内容

近日，由西北大学张健健教授和新加坡南洋理工大学慕宇光副教授发表于BIO Integration的综述《Harnessing Cell Membrane-Derived Nanovesicles for Enhanced Nanoprobes in Multimodal Imaging: Progress and Perspectives》，系统阐述了利用细胞膜衍生纳米囊泡改造纳米探针的前沿策略。本文将带你了解这一“仿生伪装”技术如何引领多模态成像进入新阶段。

一、CMNVs：不只是载体，更是“智能导航系统”

细胞膜衍生纳米囊泡是一类源自天然细胞膜的纳米结构，主要包括：

• 细胞膜包被纳米囊泡：如红细胞膜、癌细胞膜、血小板膜等；

• 外泌体：细胞自然分泌的信号小体；

• 细菌外膜囊泡：来自革兰氏阴性菌的天然纳米颗粒；

• 酵母囊泡：源于酵母细胞，穿透力强。

它们继承了母细胞的表面蛋白与识别功能，可有效逃避免疫清除，实现病灶精准靶向。

图1 CMNVs的分类体系与仿生机制总览，该图系统展示了CMNVs的分类、仿生机制及其在多模态成像中的应用前景。

二、核心技术：预加载与后加载双路径

将成像探针装载至CMNVs中，主要有两大技术策略：

• 预加载：在囊泡生物合成阶段，通过基因工程或共培养将探针（如荧光蛋白、量子点）导入母细胞，使其在囊泡形成过程中被自然包裹。

• 后加载：对已提取纯化的CMNVs，采用电穿孔、超声、共挤出等物理化学方法，将探针主动嵌入到囊泡内部或膜上。

图2: 预加载与后加载策略示意图

三、表解全景：四类CMNVs特性对比

不同类型的CMNVs在来源、载货策略、优缺点及适用场景上各有侧重，为精准选择合适的修饰策略提供了依据。

表1：细胞膜衍生囊泡作为纳米探针修饰策略的总结

四、从实验室到临床：多模态成像实例解析

1.荧光成像

传统的Ag₂S量子点易被肾脏快速清除，肿瘤信号弱。利用巨噬细胞来源的外泌体包裹量子点后，肿瘤区域的荧光信号可持续长达48小时，穿透深度提升至85微米。

图3：CMNVs提升量子点荧光成像性能，该图展示了CMNVs如何克服传统量子点的局限性，实现更长的血液循环、更深的组织穿透和更高的靶向效率。

2.生物发光成像

通过基因工程改造的细菌外膜囊泡，可表达高亮度的NanoLuc荧光素酶。注射至体内后，能在肿瘤部位产生强烈的生物发光信号，实现高灵敏度、低背景的成像效果。

图4：工程化OMVs实现靶向肿瘤生物发光成像，该图揭示了工程化OMVs的构建过程及其在活体内实现高信噪比生物发光成像的机理，展现了其在肿瘤精准诊断中的应用潜力

3.光声成像 & 磁共振成像

光声成像：将黑色素封装于OMVs中，可作为一种高效的光声造影剂和光热治疗剂，实现诊疗一体化。

磁共振成像：外泌体装载超小型超顺磁性氧化铁纳米颗粒后，可穿越血脑屏障，显著提升脑部肿瘤的MRI对比度。

五、挑战与未来展望

尽管CMNVs展现出巨大潜力，其临床转化仍面临三大挑战：

• 规模化生产难题：提取效率低、成本高昂；

• 标准化缺失：囊泡的大小、成分存在批次差异；

• 长期安全性待验证：尤其是细菌来源OMVs的免疫原性需严格控制。

未来，通过结合微流控芯片实现高通量标准化制备，利用基因工程赋予母细胞内源表达功能分子，以及开发自动化平台整合全流程，CMNVs有望从“仿生载体”升级为真正的“诊疗一体”智能平台。

结语

细胞膜衍生纳米囊泡技术，巧妙地将生物体的“智慧”与纳米材料的“功能”相结合，为解决传统纳米探针的靶向性、生物相容性和体内命运调控等核心问题提供了全新的思路。随着技术的不断成熟，我们有望在不久的将来，看到更多基于CMNVs的精准诊断与治疗产品走向临床，造福人类健康。

作者简介：

张健健 教授

张健健，西北大学教授、博导，长期从事化学生物学、分析化学交叉领域研究，聚焦氧化应激相关疾病标志物检测及诊疗。2018年入选陕西省高层次人才计划，先后主持国家自然科学基金2项（青年、面上项目各1项），以通讯作者或第一作者在Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Chemical Science、Analytical Chemistry等SCI期刊发表研究论文25篇；获授权发明专利4项（已转化1项）。获中国分析测试协会科学技术奖三等奖（第二名，2017）。担任权威期刊Research And Application Of Materials Science编委和Acta Materia Medica青年编委。

慕宇光 副教授

Mu Yuguang（慕宇光），新加坡南洋理工大学生物科学学院副教授，洪堡学者获得者（2018），2003年获得新加坡李光耀基金，主要从事基于机器学习的药物开发以及多肽、蛋白质、DNA/RNA折叠的分子动力学研究和相关模拟方法和数据分析方法的发展，现已在Nature Machine Intelligence，Nature Communications等知名期刊上发表论文200余篇，是计算生物学研究领域的世界知名学者。

Lei Ll, Du M,Jianjian Zhang Jj et al. Harnessing Cell Membrane-Derived Nanovesicles for Enhanced Nanoprobes in Multimodal Imaging: Progress and Perspectives. BIO Integration. 2025. Vol. 6(1). DOI: 10.15212/bioi-2025-0047

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