腫瘤邊界成像驅動的分子探針研究進展

關鍵詞 邊界生物醫學；生物醫學邊界學；腫瘤邊界；分子探針；磁學成像；光學成像；聲學成像；核素成像；評述

邊界生物醫學（Boundarics in biomedicine）或生物醫學邊界學（Biomedical boundarics）是一門綜合了生命科學、醫學、化學、材料科學和信息科學等多領域學科的前沿交叉學科，用于研究和解決生命機體邊界形成、判別及演進過程中的關鍵問題[1]。邊界生物醫學包含3 個核心層次：首先是生命機體與外界環境的邊界；其次是生命機體內部各組成部分之間的邊界；最后是生命機體疾病的邊界。邊界生物醫學具有豐富的科學內涵，依據疾病類型可分為腫瘤邊界生物醫學、炎癥邊界生物醫學、心腦血管病邊界生物醫學等；按照組織器官類型可分為腦部、眼部、肺部和肝腹部等特定區域的邊界生物醫學。邊界生物醫學研究對生命體起源的認知、內外環境交互作用、疾病的發生與演進機制的研究具有重要的科學意義，并可為重大疾病的早期診斷預防、個性化藥物開發及預后評估等提供創新的理論依據、技術手段與解決方案。

腫瘤邊界是實體瘤外層的惡性細胞與正常組織非惡性細胞的交界區域，涉及分子、細胞和組織等多個尺度的時空動態演進，腫瘤邊界與腫瘤的發生、發展、侵襲和轉移過程密切相關。最新的研究發現，腫瘤最外層是邊界侵襲區，包含腫瘤結構邊界與瘤旁微環境的功能邊界，后者又包含了腫瘤細胞、高侵襲性腫瘤細胞、受損的正常細胞、免疫細胞及復雜的信號分子網絡，是腫瘤演進的核心區域[2-3]。因此，對腫瘤結構與功能邊界進行成像，不僅對于揭示腫瘤邊界演進與微環境互動、腫瘤侵襲及轉移的分子機制至關重要，而且對腫瘤良惡性的判別、個性化治療方案的制定、療效監測及預后評估等具有重要的臨床意義，是推進腫瘤個性化醫療、提高患者生存質量的關鍵[4-5]。

分子探針作為一類能夠增強成像信號的功能性物質，在腫瘤結構與功能邊界成像過程中具有重要作用。目前，研究人員已開發了基于腫瘤特異性分子標志物及其微環境響應的分子探針。這些探針與磁學、光學、聲學或核素等生物醫學成像技術相結合，實現了對實體腫瘤與正常組織邊界的有效識別，并在一定程度上能夠判別腫瘤的侵襲與轉移狀態[6-8]。本文系統總結了腫瘤邊界成像分子探針的化學結構、組分設計以及成像靈敏性、特異性的調控策略，詳細闡述了基于分子探針的腫瘤結構與功能邊界成像的最新進展以及分子探針成像技術在揭示腫瘤邊界演進機制方面的應用，最后，分析了腫瘤邊界成像分子探針的研究趨勢，并對未來的研究前景進行了展望。

1 腫瘤邊界成像分子探針

1.1 磁學成像分子探針

磁共振成像（Magnetic resonance imaging， MRI）利用原子核在磁場內共振所產生的信號重建圖像，是一種非侵入性、無輻射性的診斷方法，廣泛用于疾病診斷[9]。MRI 具有較高的軟組織分辨率和多方位成像能力，能夠提供豐富的診斷信息。MRI 也存在局限性，如對鈣化灶的敏感性不足、運動偽影以及對金屬的排斥性等。磁學成像分子探針可通過弛豫效應和磁化率效應改變組織的信號強度，提高腫瘤與正常組織的對比度，改善腫瘤邊界的成像靈敏度，并揭示腫瘤的演進過程[10]。自1984 年首款磁學成像分子探針-釓噴酸葡胺（Gadolinium diethylenetriamine pentaacetic acid， Gd-DTPA）成功應用于腦腫瘤診斷以來，研究者不斷優化磁學成像分子探針的靈敏度、特異性及安全性，以提升MRI 診斷的準確性。這些優化策略包括化學結構調整、靶向分子修飾及特異性響應基團設計等[11-12]。

根據Solomon-Bloembergen-Morgan（SBM）方程，調控內層水分子的配位數（q）、配體分子的旋轉相關時間（τR）及內層配位水分子的停留時間（τM）可有效提高弛豫率，增強信號強度[13]。例如， Louie 等[14]通過吡喃半乳糖封閉三價釓離子與水分子的配位，該構象可被腫瘤過表達的β-半乳糖苷酶酶切，釋放配位位點，進而增加q，提高腫瘤邊界的MRI 信號。本研究組設計了縱向弛豫率（r1）達70 L/（mmol·s）的點狀核殼結構探針，其凹凸結構有效提高了比表面積，從而大幅增加q （圖1A）[15]。為了延長τR， Zhang 等[16]利用聚丙烯酸聚合物鏈限制Gd-DTPA 的旋轉，使其在1.5 T 磁場下的r1 是Gd-DTPA 的4.6 倍。為了調節τM， Liang 等[17]開發了一種3-巰基丙酸配體修飾的Ag-Gd 納米探針，該配體在酸性腫瘤微環境中轉化為硫醇，降低了探針的磁化強度，從而在9 T 磁場下r1 增強10 倍以上，可高靈敏地顯示出腫瘤弱酸性微環境功能邊界（圖1B）。交換飽和轉移（Chemical exchange saturation transfer， CEST）是一種基于磁化傳遞和化學交換理論的MRI 技術，通過檢測與水分子發生化學交換的質子，間接測量目標分子水平。Liu 等[18]開發了基于右旋糖酐羧基質子和前列腺特異性膜抗原（Prostate-specific membrane antigen， PSMA）配體的可生物降解CEST 分子探針，能夠根據水分子變化檢測微摩爾水平的右旋糖酐，從而間接反饋前列腺癌中PMSA 的表達水平。

MRI分子探針的特異性和安全性是實現腫瘤邊界結構和功能成像的關鍵因素。針對腫瘤乏氧區域的硝基還原酶（Nitroreductase， NTR）過度表達，本研究組設計了可被NTR 還原的硝基咪唑修飾超順磁性氧化鐵探針，其在腫瘤區域積累并發生酸響應性聚集，通過切換T1/T2 成像模式，實現了腫瘤邊界乏氧水平的量化成像[19]。此外，本研究組通過引入葉酸、RGD 肽和神經肽Y1（Neuropeptide， NPY）配體等靶向分子及癌細胞仿生修飾，提高了金屬基MRI 探針的靶向性和安全性，實現了腫瘤邊界成像（圖1C 和1D）[20-24]。另外，非金屬分子探針是降低金屬基探針毒性的替代策略。Lin 等[25]以共軛聚合物聚吡咯制備T2 型MRI 分子探針，通過增強單極子與水分子的相互作用提高成像效果。本研究組通過乙二醇殼聚糖-聚吡咯和硝基自由基4-羧基-TEMPO 的酰胺化連接，開發出一種全有機MRI 分子探針，其MRI 增強效果可持續17 h[26]。此外，在腫瘤免疫微環境監測方面， Long 等[27]利用超順磁性氧化鐵探針追蹤抗原呈遞細胞，Wu 等[28]使用磁性介孔氧化硅納米探針示蹤中性粒細胞對腦膠質瘤的清除，這些研究不僅加深了研究者對免疫過程的理解，也為優化腫瘤治療方案提供了重要的影像學支持（圖1E）。

1.2 光學成像分子探針

相較于傳統的MRI 和CT 成像，光學成像技術具有實時、無輻射和高靈敏等優勢。熒光探針在光學成像中已廣泛應用，從納米級超分辨熒光成像到臨床腫瘤邊界導航均取得顯著進展[29-31]。熒光探針成像原理主要包括分子內電荷轉移（Intramolecular charge transfer， ICT）、光誘導電子轉移（Photoinduced electrontransfer， PET）和熒光共振能量轉移（Fluorescence resonance energy transfer， FRET）等機制[32]。熒光成像的局限性主要是對腫瘤功能邊界成像缺乏特異性和靈敏性，并且在深層組織中的成像能力有限。為解決這些問題，研究者通過多種化學設計策略，如篩選靶標結合位點、調控熒光發射波長等，顯著提高了光學探針在腫瘤邊界成像中的特異性、靈敏性和穿透深度[33-35]。

熒光探針通常由靶標結合位點、熒光團和連接二者的連接體組成[36]。根據化學結構，熒光探針可分為小分子熒光探針和納米結構熒光探針。針對腫瘤成像，常見的設計策略（圖2A）包括：（1）結合型熒光探針 通過化學鍵將適合的熒光基團與配體共價偶聯，利用腫瘤細胞特異性表達的受體實現靶向成像[37]；（2）響應型熒光探針 設計能響應腫瘤微環境中特異性變化（如低pH 值、乏氧、活性氧和蛋白酶等）的化學結構，通過調控熒光團的發射強度或波長變化，在腫瘤區域恢復熒光信號[34]；（3）生物正交化學熒光探針 通過在腫瘤部位目標生物分子上引入雙正交官能團，實現腫瘤邊界的熒光成像[38]。

腫瘤邊界的特異性成像主要依賴于熒光探針對腫瘤和正常組織之間顯著的熒光信號差異。因此，探針必須具備高效的靶向性和響應靈敏性[32]。針對這一需求，本研究組設計了一系列熒光探針用于腫瘤邊界成像。例如，基于腫瘤細胞高表達的二肽基肽酶Ⅳ（Dipeptidyl peptidase Ⅳ， DPPⅣ），設計了抑制劑作為靶標結合位點的親和型探針，實現了癌細胞的特異性成像（圖2B）[39]。結合硝基還原酶（Nitroreductase，NTR）響應的小分子探針與金屬有機框架材料，構建了NTR 響應的納米熒光探針，解決了小分子探針代謝快的問題，實現了腫瘤功能邊界的響應性成像（圖2C）[40]。Zamay 等[41]開發的適配體熒光探針用于腦腫瘤邊界可視化（圖2D）， Shen 等[42]開發的雙鎖熒光探針用于區分腫瘤細胞和正常細胞，均展示了光學探針在腫瘤邊界精確成像中的應用潛力。此外，本研究組利用NPY 作為靶向分子，合成了近紅外二區多肽熒光探針和上轉換納米復合熒光探針，實現了腦部腫瘤邊界的深層組織成像（圖2E）[43]。田捷研究組使用FDA 批準的吲哚菁綠有效區分正常組織與腫瘤邊界，并在23 例肝癌患者中進行近紅外二區熒光引導的手術切除，進一步驗證了熒光成像在臨床中具有較大的應用前景[44-45]。

1.3 聲學成像分子探針

聲學成像是一種通過超聲波獲取體內組織結構及其病理生理狀態的醫學影像技術，即利用正常組織與病變組織之間的聲阻抗差異，當超聲波通過二者界面時發生反射和折射，超聲換能器接收到這些回聲信號，并轉換成電信號，經過計算機處理生成病變組織圖像[46-47]。超聲成像具有無創、無輻射和實時動態等優勢，廣泛應用于臨床對腫瘤邊界識別與成像診斷[48-49]。然而，超聲成像的分辨率通常限于毫米級，導致其對腫瘤邊界成像的對比度不足。為了解決此問題，研究者開發了聲學成像探針，這些探針通常含有或能夠產生氣體，利用氣泡對超聲波的強散射作用，增強組織的后散射回聲，從而改善超聲圖像的清晰度和分辨率[50-52]。

迄今為止，臨床批準使用的超聲成像探針的發展主要經歷了兩代。第一代探針以空氣為內核，外殼由半乳糖和白蛋白等組成，典型代表為Echovist，其平均粒徑約3 μm。盡管這類探針能在一定程度上增強超聲成像對比度，但穩定性差，在血液中僅能維持約5 min。第二代探針以氟化碳惰性氣體為內核，外層包裹磷脂分子，形成保護層以防氣體泄漏，代表性產品包括SonoVue 和Sonazoid，平均粒徑約2.6 μm，在血液中的循環時間延長至15 min 以上，成像穩定性大幅提高[53]。然而，由于現有臨床超聲成像探針粒徑大，僅能進入腫瘤血管，無法有效滲透到腫瘤微環境（腫瘤血管內皮細胞間隙約為300～700 nm），因此，在增強腫瘤邊界成像有效性方面仍有待提高。

針對當前臨床超聲成像探針在腫瘤邊界精準成像面臨的挑戰，國內外研究團隊圍繞納米級粒徑設計、腫瘤靶向分子修飾及微環境響應增強成像等方面開展研究，并取得了一系列突破性進展[54-57]。例如，本研究組比較了納米級與微米級探針對活體乳腺癌腫瘤邊界的超聲成像效果，設計了乳腺癌邊界精準識別探針以及聲學治療可視化探針[58-61]。通過乳化法將液態十四氟己烷（C₆F₁₄）封裝在可生物降解的檸檬酸聚合物中，偶聯NPY 配體，實現了對過表達Y1 受體乳腺癌的特異性靶向超聲成像（圖3A）[59]。Liang 等[62]設計了一種細胞膜包裹的全氟己烷納米液滴，其細胞膜上融合了生長因子受體1 和CD93 配體，實現了對高表達CD93 的乳腺癌新生血管的靶向超聲成像。Meng 等[63]設計了一種疏水性BiF3 分子探針（圖3B），并在其表面修飾含亞胺鍵（C=N）的親水聚合物聚乙二醇。C=N 在腫瘤弱酸性微環境（pH 6.5）中斷裂，引起探針親疏水性轉變，形成較大聲阻抗的“結石”樣聚集體，實現了超聲成像信號的大幅增強，為解析腫瘤演進機制提供了可靠的聲學影像信息。

盡管納米級超聲成像探針能夠穿過血管內皮進入腫瘤組織，但隨著液滴尺寸減小，表面張力增大，汽化閾值隨之升高，限制了其超聲成像增強效果。為此， Zhang 等[64]研發了一種根據腫瘤微環境pH 值變化調節粒徑的超聲探針（圖3C）。通過多步開環和氨解反應，合成了pH 響應的單甲氧基聚乙二醇-聚L-天冬氨酸的二嵌段共聚物，并封裝氟碳化合物。在pH 6.8 的腫瘤環境中，探針粒徑由178 nm 調節至437 nm，降低了汽化閾值。通過超聲激發氟碳化合物相變，顯著提升了腫瘤邊界的超聲成像清晰度。聲學報告基因（Acoustic reporter genes， ARGs）作為新型超聲探針，通過在細胞中表達特定基因產生可被超聲波檢測到的氣泡信號，為在基因層面揭示疾病演進機制提供了可能[65-66]。Hurt 等[67]開發了一種高靈敏ARG 探針（圖3D），其非線性對比度增強了38 倍。利用該探針成功追蹤了乳腺癌小鼠模型中腫瘤基因表達和生長的動態變化，可無創可視化腫瘤邊界和基因表達的演變過程。

1.4 核素成像分子探針

核素成像分子探針（圖4A）是核醫學中用于疾病診斷和治療的關鍵工具，尤其在腫瘤診療領域發揮了關鍵作用。其技術優勢[68-71]主要包括：（1）高靈敏度和特異性，通過靶向生物標記物（如胃泌素釋放肽受體等）實現腫瘤特異性成像；（2）無創檢測，避免了對患者身體的侵入；（3）定量分析，可以提供腫瘤大小、代謝活性及治療效果的量化數據；（4）全身成像，能夠一次性評估全身病變，尤其對轉移性腫瘤的診斷至關重要。然而，核素成像分子探針也面臨一些挑戰[68，72-74]：（1）空間分辨率不足，難以檢測微小的病變；（2）非特異性攝取，某些核素探針可能在非靶組織積累，增加背景噪聲；（3）放射安全性，使用時需嚴格防護；（4）穩定性與生物分布，探針的穩定性和體內分布直接影響成像效果與治療效果。

為了提高核素探針的成像性能，研究者對探針的螯合劑、連接子和靶分子進行了優化和調控。在穩定性方面，通過改進連接子和螯合劑的結構來提高探針的穩定性并減少放射性核素的早期釋放[68]。Du 等[75]通過合成新型成纖維細胞激活蛋白（FAP）抑制劑和優化連接子的結構，研究其體內分布和腫瘤靶向性能（圖4D）。該研究組還設計了⁶⁸Ga標記的DNA修復酶PARP分子探針（⁶⁸Ga-DOTA-Olaparib），在腫瘤模型中顯示了高穩定性和快速PARP 成像的優點（圖4B）[76]。在靶向配體修飾方面，研究者通過化學修飾提高靶向配體（如抗體、核酸適配體和多肽等）的親和力和特異性，減少非特異性結合[73-74，77-79]。如Duan 等[80]基于雙環肽支架開發的⁶⁸Ga-N188 探針，在人體研究中實現了對高表達巢蛋白-4（Nectin-4）的轉移性尿路上皮癌的特異性成像（圖4C）。采用動態全身PET/CT 檢測⁶⁸Ga-N188 的藥代動力學，分析12 例患者病變Nectin-4 免疫組化表達，發現⁶⁸Ga-N188 的攝取與Nectin-4 的表達水平相關。這有助于優化患者對靶向藥物（如恩福單抗維多汀）治療的選擇，并為新的預后成像生物標志物的發現提供支持。

核素成像探針已被廣泛應用于揭示腫瘤邊界的分子變化，包括腫瘤侵襲前沿的細胞類型和組織結構變化。例如，針對HER2 過表達的腫瘤（如乳腺癌），通過HER2 靶向探針進行成像和治療，提供關于腫瘤生物學行為的重要信息[81]。隨著腫瘤免疫治療的發展， PD-1/PD-L1 靶向探針的研究為監測免疫治療提供了新的工具[82]。此外，核素成像探針有助于揭示腫瘤微環境的變化、血管生成及腫瘤細胞的侵襲機制，為腫瘤的早期診斷和精準治療提供了有力支持。

1.5 多模態成像分子探針

與單一模態成像相比，多模態成像技術整合了不同成像方式的優勢，可提供高空間分辨率的解剖信息以及分子水平和時間分辨尺度上的高靈敏度生物學信息，能夠深入解析腫瘤邊界結構和功能變化，揭示腫瘤演進、侵襲及轉移的過程及其分子機制[83-84]。多模態成像技術揭示了腫瘤邊界演進的多個方面，包括腫瘤微環境變化、組織異質性、腫瘤與周圍正常細胞的相互作用以及治療過程中信號分子變化等[85]。因此，設計和構筑多模態成像分子探針，以全面解析腫瘤邊界的分子、細胞及組織結構與功能的變化，具有重要意義。

近年來，多模態成像分子探針在揭示腫瘤邊界的分子、細胞和組織特征方面取得了顯著進展[86-87]。通過非侵入性技術對活體內特定分子或生化過程進行可視化定量分析，能夠在分子水平上揭示腫瘤的生物學特征，提供腫瘤代謝、血流動態、氧合作用及分子標志物表達等關鍵信息，對于精準界定腫瘤邊界至關重要。本研究組發現Fe₃O₄ 的軌道能級交疊現象，通過調控探針與分子間的選擇性能級耦合，實現了納摩爾級靈敏度的表面增強拉曼光譜（SERS）檢測，并結合MRI 技術，精確檢測乳腺癌的分子分型，為腫瘤病灶邊界的診斷提供了新的技術平臺[88]。

高特異性靶向激活型分子探針的設計能顯著提高對腫瘤病灶邊界的精準識別。Hao 等[89]以聚乙二醇作為骨架，通過點擊化學反應將疊氮基低pH 插入肽、尿液報告肽和雙環辛烯結合，同時利用金屬螯合劑修飾放射性同位素⁶⁴Cu 構建了一種基質金屬蛋白酶9（MMP 9）的高特異性PET/CT 分子探針，實現了對彌散性結直腸癌腫瘤微環境中代謝分子的精準成像。Das 等[90]研發的糖共軛大環內含有互鎖不對稱方形染料的雙功能探針，可以增強探針的耐久性和近紅外熒光效率。超順磁性的超小氧化鐵表面包被多巴胺偶聯三苯基膦拴系的環己烷，能夠實現遠程交變磁場觸發對腫瘤病灶邊界細胞的線粒體靶向近紅外熒光/MR 雙模態成像，深入揭示病灶邊界腫瘤細胞的生物學行為（圖5A）。

當腫瘤細胞聚集并嵌入復雜的組織環境中，解析其與周圍正常細胞的相互作用對于全面掌握腫瘤的生長特性和侵襲模式至關重要。Zhou 等[91]將硝基咪唑衍生物作為乏氧觸發器修飾于超小氧化鐵納米粒子表面，以構建乏氧分子探針。在乏氧環境中，該探針在電子供體和硝基還原酶的作用下，通過生物還原反應觸發大尺寸組裝體的形成，從而提升T₂ MR 成像信號。同時，利用乏氧微環境的疏水作用增強染料分子熒光，實現放大熒光和MR 雙模成像，描繪腫瘤組織乏氧區域的三維信息。本研究組通過濕化學方法合成了具有窄帶隙的CuFeSe₂ 納米晶體，并與乳酸氧化酶和腦膠質瘤細胞膜蛋白脂質體融合，構建了具有同源靶向和免疫逃逸能力的近紅外熒光/光聲（PA）雙模態成像探針。利用PA 成像監測分子探針在腦膠質瘤區域的積累，最終通過近紅外熒光/PA 雙模態成像清晰地識別腦膠質瘤的邊界，為腫瘤病灶邊界的演進機制的研究奠定了基礎（圖5B）[92]。

多模態成像分子探針能夠提供多維度的生物學信息。通過逐步擴展視角，從微觀的分子表達和細胞特征轉向宏觀的腫瘤組織邊界，全面解析腫瘤發生的分子基礎、異質性演化以及腫瘤微環境的特征，進而揭示腫瘤各演進階段的生物學表征和惡性本質。這種多層次的分析有助于提高腫瘤診斷的準確性，指導治療及評估療效。隨著生物醫學工程技術的不斷發展，預計未來將有更多的多模態成像分子探針問世并應用于臨床，進一步推動醫學診斷和治療的發展。

2 腫瘤邊界成像分子探針的研究趨勢

近十年來，腫瘤邊界成像分子探針領域的研究緊密圍繞腫瘤邊界演進機制、腫瘤結構與功能邊界成像及多模成像等基礎科學與臨床醫學的重大需求展開。該領域主要聚焦于3 個研究方向：（1）開發能夠反映腫瘤邊界形貌、邊界定位以及分割的磁學及聲學成像分子探針；（2）探索用于追蹤腫瘤邊界演進、微環境代謝與乏氧狀態、腫瘤侵襲及轉移等功能信息的光學與核素成像分子探針；（3）研究能同時反映腫瘤結構與功能邊界信息的多模態成像分子探針（圖6）。這些研究涵蓋了鐵基成像分子探針、近紅外熒光分子探針、多功能分子探針等關鍵技術，以及磁共振成像、光學成像、聲學成像、正電子發射成像、多模分子影像等先進成像模態。研究者通過化學結構官能團調控、靶向配體分子修飾、腫瘤微環境化學反應弱酸性/高氧化還原態/特異性酶響應設計等策略，提高分子探針對腫瘤結構與功能邊界成像的靈敏性、特異性及安全性。

目前，實體腫瘤邊界演進的深層次分子機制仍未完全明晰?，F有的成像探針在跨尺度邊界確定方面的時空分辨率存在局限性，并且成像模態單一，難以滿足臨床對腫瘤結構與功能邊界精準成像信息的全面需求。因此，未來的研究需進一步精細調控與優化分子探針的化學結構、官能團及響應基團，提升其在分子、細胞與組織活體層面的跨尺度識別能力。在此基礎上，通過多模態融合精準成像技術，獲得腫瘤邊界發生、發展、侵襲及轉移的四維時空演進生物醫學信息，實現腫瘤結構與功能邊界信息的全面融合，這不僅有助于深入揭示腫瘤邊界演進的分子機制，更為臨床腫瘤的精準診斷、個性化治療決策、療效監測以及預后評估提供堅實的理論基礎與實踐指導。

3 總結與展望

目前，研究者對邊界生物醫學，特別是腫瘤邊界生物醫學領域的關注日益增加，其中有許多重大的科學和技術問題尚待進一步探索，例如細胞邊界的動態性和復雜性，腫瘤病灶組織與正常組織器官邊界的特異性，以及現有生物醫學成像探針與技術的局限性，這些都制約了對生物體邊界的深度理解和探索。本文總結了邊界生物醫學與腫瘤邊界生物醫學的基本概念、研究意義與面臨的挑戰；分析了腫瘤邊界結構/功能成像探針與技術對于揭示腫瘤演進、侵襲及轉移機制的科學意義，以及其對腫瘤診斷、治療決策、療效監測及預后評估中的臨床價值。本文系統梳理了腫瘤邊界結構與功能成像分子探針的研究進展。這些分子探針涵蓋了磁學、光學、聲學、核素及多模態成像分子探針，研究者通過化學結構官能團修飾、靶向配體分子修飾和腫瘤微環境化學反應響應設計等手段，調控分子探針的靈敏性、特異性與安全性，進而實現對腫瘤邊界結構與功能的成像，揭示腫瘤邊界演進的機制。

由于腫瘤邊界的多尺度和多維度的復雜性，單一學科的技術手段或方法難以準確地量化描繪其四維時空的演進過程。因此，迫切需要尋找源自多個生物體之間能夠表達腫瘤邊界復雜性的主導控制因素、介尺度結構和功能參數，以揭示腫瘤邊界演進中的關鍵分子機制。綜上，針對當前腫瘤邊界生物醫學發展面臨的挑戰，科學界迫切需要打破學科的邊界與認知的邊界，凝聚化學、生命科學、醫學、材料科學、物理和信息科學等領域的研究人員共同開展沒有學科界限的腫瘤邊界生物醫學研究。從跨學科角度揭示腫瘤邊界形成及演進過程相關的新機制，突破高靈敏、高特異分子探針合成與增強腫瘤邊界識別技術，并結合基于人工智能的多模圖像信息融合分析技術，發展用于邊界研究的跨尺度、高靈敏、超分辨的未來成像技術與方法，構建多學科交叉融合的腫瘤邊界生物醫學研究的新范式和新領域。