肿瘤的有效诊断面临重大挑战。传统成像技术（如超声、CT、MRI）主要依赖肿瘤形态学评估，难以实时捕捉肿瘤微环境（TME）中关键的动态分子变化（如生物标志物表达），导致诊断延迟，影响后续治疗效果。虽然分子成像技术能识别肿瘤进展中的细胞和分子异常，有望用于早期诊断和预后评估，但其应用受限于关键问题：许多肿瘤相关生物标志物（如mRNA、蛋白质、小分子）在癌细胞中过表达的同时，也在正常细胞中普遍存在，显著降低了分子成像的特异性和准确性。因此，开发高特异性、高灵敏度的原位成像技术，准确区分肿瘤与正常组织，是提升肿瘤诊断、治疗指导和预后监测的关键。
脱嘌呤/脱嘧啶位点核酸内切酶1（APE1）被确定为满足这一需求的理想目标生物标志物。APE1通过氧化还原机制调控基因表达，是肿瘤进展和耐药的关键因子。其核心价值在于其亚细胞定位具有肿瘤特异性：APE1在正常细胞主要定位于细胞核，但在多种人类癌细胞（如神经母细胞瘤、肺癌、卵巢癌等）的细胞质中异常过表达。这种在肿瘤细胞质中的特异性表达，以及与癌症风险、预后、治疗反应和复发的强关联性，使其成为癌症检测和管理的宝贵靶点。然而，现有的APE1检测技术（如凝胶电泳放射性测定、ELISA、电化学发光）存在显著局限：它们仅能测量细胞裂解物的平均活性，无法在活细胞的原生环境中实时、动态地成像APE1活性，且会掩盖细胞异质性。这阻碍了对肿瘤异质性和早期微小病灶的精确观察。
核酸纳米技术为活细胞APE1成像提供了新契机，包括非扩增型（如分子信标MB）和扩增型（如CHA、HCR）策略。然而，MB等非扩增方法灵敏度不足，难以满足早期原位成像要求。酶辅助的无酶扩增方法（CHA, HCR）因良好的放大能力和生物相容性受到关注，但存在固有缺陷：它们依赖新碱基配对自由能驱动，需要设计大量亚稳态发夹结构作为底物。这不仅增加了设计复杂性，更易引发非特异性反应和背景信号泄漏，损害成像的准确性与灵敏度。团队以肿瘤细胞质中特异性高表达的脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1（APE1）作为检测靶标，通过碱基互补配对将特殊设计的两个发夹结构（HP1和HP2）与DNA四面体框架核酸（tFNA）杂交，开发了一种双扩增自放大可编程的变构型DNA纳米机器（HPs-tFNA），实现了快速、特异且灵敏的肿瘤在体分子成像。实验结果表明，HPs-tFNA能够实现快速的肿瘤原位分子成像，并有望用于引导肿瘤精确切除，展示出了卓越的空间特异性及高的灵敏度。此外，HPs-tFNA能够有效监测神经母细胞瘤耐药，且可以在血浆水平上实现神经母细胞瘤危险度分级。