方法文章

一种在生物环境中生成并观察化学发光的新技术

DOI：

10.3791/54694

⸱

2017年3月9日

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Radiology, Memorial Sloan Kettering Cancer Center, 2KAUST Catalysis Center, King Abdullah University of Science and Technology, 3Department of Chemistry, Hunter College, and PhD Program in Chemistry, Graduate Center of City University of New York, 4Department of Radiology, Weill Cornell Medical College

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案描述了一种新的术中成像技术，该技术利用钌配合物作为化学发光光源，从而在成像过程中产生高信噪比信号 体内 成像。术中成像是一个不断发展的领域，有望彻底改变外科手术的实施方式。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

术中成像技术有望使外科手术更加安全和有效；正因如此，这些技术正迅速进入手术室。本文介绍一种新方法，该方法采用了一种尚未用于术中成像的化学发光成像技术。该方法利用基于钌的化学发光报告分子，并结合定制的喷雾系统，实现成像。 离体 或 体内 信噪比高的图像。基于钌的报告分子在接触水相氧化溶液后，于周围组织内发生再还原反应并发光。该方法使我们能够检测到低至 6.9 pmol/cm 的报告分子浓度。2在本研究中，我们提供了一份关于概念验证的可视化指南 体内 涉及小鼠皮下和静脉注射的研究。结果表明，该技术是进一步开展临床前研究的有力候选者，最终可能成为手术室中有用的工具。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

近几十年来，成像技术彻底改变了医生诊断和监测疾病的方式。然而，这些成像技术主要局限于全身成像系统，例如正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）。癌症领域尤其受到关注，成像技术的突破显著改善了该疾病的诊断与治疗方式。尽管取得了这些进展，但仍有一个场所这些成像技术难以适用：手术室。虽然全身成像技术有助于术前手术规划，但其空间分辨率通常不足以帮助医生实时判断肿瘤组织是否已完全切除，或是否有残留肿瘤组织隐藏在手术切缘1。确保不遗留浸润性肿瘤切缘是外科手术最重要的目标之一，外科医生必须在彻底切除与谨慎保留组织之间谨慎权衡。若切除过多，患者将面临更严重的不良反应；若切除不足，则会增加肿瘤复发的风险2,3。因此，准确界定肿瘤切缘至关重要，我们认为化学发光术中成像技术可通过帮助外科医生可视化那些使用现有技术可能无法检测到的恶性组织，从而提高肿瘤切缘识别的准确性。

目前有许多成像技术正在被研究，以评估其作为术中成像系统的潜在应用价值。这些技术包括发射β射线和γ射线的探针4、光学荧光5、拉曼光谱6,

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

伦理声明：所有 体内 所描述的动物实验均依照纪念斯隆-凯特琳癌症中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center, MSK）机构动物护理与使用委员会（Institutional Animal Care and Use Committee, IACUC）批准的方案及伦理准则进行。

1. 雾化装置的构建

  1. 使用两个螺丝（4 x 25 mm2）将木制部件 A（12.5 x 2.5 x 1.8 cm3）垂直固定在部件 B（12.7 x 10.7 x 1.8 cm3）的中心位置。再使用一个螺丝将木制部件 C（11 × 2.5 × 1.8 cm3）固定在部件 A（12.5 x 2.5 x 1.8 cm3）的中部，使部件 C（11 x 2.5 x 1.8 cm3）仍可移动。参见图 1。
  2. 在塑料 3 盎司小型喷雾瓶（D）的喷头扳机下端钻两个孔，将一根不锈钢杆（10 cm，1/16" 钢）（E）穿过，形成两个环，分别位于扳机的两侧。
  3. 用布基胶带（F）包裹喷雾瓶底部，防止扎带滑脱。使用两条塑料扎带（28 cm）（G）将喷雾瓶固定在木制部件 C（11 x 2.5 x 1.8 cm3）上。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

方案第1部分中描述的雾化系统可使用 readily-available 材料以低成本构建。该系统旨在作为生物发光检测仪内部还原/氧化剂远程触发喷雾的嵌入装置（图1）。我们的设计允许雾化器在距离镜头14 cm的位置安全地在生物发光检测仪内运行。运行过程中未观察到镜头起雾或模糊现象。我们选择市售的化学发光试剂[Ru(bpy)3]Cl2用于本方法的开发，因其价格低廉、在水溶液中稳定性好、氧化还原行为已被充分描述，并具有良好的化学发光特性（图2）19。最低可检测信号可通过方案第2部分所述方法确定：将一滴[Ru(bpy)3]Cl2（100 µL，6.9 pmol–347 nmol，溶于H2O）与(NH4)2Ce(NO3)6（100 µL，25 mM）在显微镜载玻片上混合进行.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文介绍了一种能够通过化学发光报告分子所发射的光子，在光学上清晰界定组织的技术。与其他更为成熟的技术4,5,6,7,8,9相比，该化学发光报告系统采用了一种非放射性的成像探针，可在极高灵敏度下实现检测。或许更为重要的是，化学发光成像无需激发光源（如光学荧光成像所需）20，这一特性可最大限度地减少自发荧光，并显著降低背景信号。

钌报告分子 [Ru(bpy)3]Cl2 具有一个 体内 用于成像目的的毒性在可耐受范围内（小鼠腹腔注射LD50：20.......

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者感谢 Jan Grimm 教授和 Travis Shaffer 先生的有益讨论，以及 David Gregory 先生对手稿的编辑。特此致谢美国国立卫生研究院（NIH）癌症中心支持基金 P30CA008748-48 部分资助的纪念斯隆-凯特琳癌症中心（MSK）动物影像核心设施所提供的技术服务。作者感谢美国国立卫生研究院（NIH）（基金项目：K25 EB016673 和 R21 CA191679，T.R.；4R00CA178205-02，B.M.Z.）、MSK 分子成像与纳米技术中心（T.R.）、Tow 基金会（B.C.）以及美国国家科学基金会研究生整合教育与研究培训项目（NSF IGERT 0965983，Hunter College，B.C. 和 T.M.S.）提供的慷慨支持。本研究工作得到了沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学科研经费的资助。

....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
木制部件 A（12.5 × 2.5 × 1.8 cm） Woodcraft131404从一块 3/4” × 24” × 30” 的桦木胶合板上切割而成
木制部件 B（12.7 × 10.7 × 1.8 cm）Woodcraft131404从一块 3/4” × 24” × 30” 的桦木胶合板上切割而成
木制部件 C（11 × 2.5 × 1.8 cm）Woodcraft131404从一块 3/4” × 24” × 30” 的桦木胶合板上切割而成
螺丝（4 × 25 mm）Screwfix79939
Harmon Face Values 3 oz 迷你喷雾器Bed, Bath and Beyond
不锈钢棒（10 cm，直径 1/16”）Metals Depot Int. Inc.2192
Pencil Classic HB 铅笔Papermate58592
回形针Office Depot221720
扬声器电缆RCA Inc.AH1650SN
Energizer 9V 碱性电池Energizer Holdings Inc.EN22
Hitech HS-82MG 微型伺服电机，6V 时输出扭矩为 3.4 kg/cmHitech RCD USA Inc.32082S
名称公司目录编号备注
28 cm 塑料扎带General Electric Inc.50725
管道胶带3M Inc.3939
littleBits w1 导线模块littleBits Inc.w1 wire
littleBits p1 电源模块littleBits Inc.p1 power
littleBits i2 拨动开关模块littleBits Inc.i2 toggle switch
littleBits 011 伺服电机模块littleBits Inc.011 servo
20 cm 带塑料涂层的绞合线扎带Four Star Plastics71TIE8000
三(2,2′-联吡啶)二氯合钌(II)六水合物Sigma-Aldrich Inc.224758
硝酸铈铵Sigma-Aldrich Inc.22249
异氟烷Baxter Healthcare1001936060
PBSSigma-AldrichPBS1
乙醇Sigma-Aldrich2854
三乙胺Sigma-Aldrich Inc.T0886
水使用 Millipore Milli-Q 系统（R ≥ 18 MΩ）纯化
雌性裸鼠（远交系）Jackson Laboratories19295–6 周龄
品系 C57BL/6J  
NU/J 雄性小鼠 Jackson Laboratories20196 – 8 周龄
IVIS 200 生物发光检测仪Caliper Life Science
Live Image 4.2 软件Perkin-Elmer128165
显微镜载玻片ThermoScientific4951PLUS4

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fong, Y., Giulianotti, P. C., Lewis, J., Koerkamp, B. G., Reiner, T. Imaging and Visualization in The Modern Operating Room: A Comprehensive Guide for Physicians. , Springer. (2015).
  2. Nguyen, Q. T., Tsien, R. Y. Fluorescence-guided surgery with live molecular navigation - ....

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

相关文章