无创体内荧光光学成像
May 8th, 2017
本文阐述了荧光成像的使用可活化的光学成像探针可视化键基质金属蛋白酶的体内活性在炎症的两个不同的实验模型中的应用。
该程序的总体目标是使用光学成像来可视化可激活探针，用于评估炎症实验模型中关键基质金属蛋白酶或 MMP 的体内活性。这种方法可以帮助回答有关炎症性疾病潜在生物学机制的关键问题。这种技术的主要优点是速度快、便宜且易于学习。
此外，还有多种靶向不同生物过程的探针可供选择。对于类风湿性关节炎的诱导，首先使用千分尺测量每只动物的所有踝径。接下来，轻轻抬起第一只小鼠的尾巴，腹膜内注射 200 微升稀释的 KBN 小鼠血清，其中含有抗葡萄糖六磷酸异构酶或 GPI 的抗体。
然后将动物放回笼子里，每天测量脚踝肿胀情况，直到第六天。对于接触超敏反应致敏，使用小动物毛发修剪器小心地剃掉麻醉小鼠腹部的 2 x 2 厘米区域，并使用 100 微升移液管将 80 微升新鲜制备的 5% TNCB 溶液涂抹在暴露的皮肤上。在手术过程中的任何时候避免伤害皮肤非常重要，因为这会导致动物内部产生非特异性荧光信号，并可能影响研究结果。
轻轻地将动物放回笼子中，避免在恢复阶段体温过低。6 天后，使用移液管将 20 微升 1% TNCB 溶液涂抹在右耳两侧，然后每隔一天涂抹 100 微升 1%TNCB，持续长达 10 天，并每天测量耳厚。为了测量体内 MMP 活性，首先轻轻涡旋可激活的光学成像染料，并在每只小鼠中加载 0.5 毫升胰岛素注射器，其中含有两纳摩尔染料。
然后为另一个注射器配备一个 30 号针头，该针头连接到聚乙烯导管上，并将第一只老鼠的尾巴放入温水中。当静脉扩张时，将导管与针头的切缘在尾部远端以 20 度角插入扩张的尾静脉中，然后重新悬吊注射器以测试导管的正确位置。如果导管位置合适，请更换注射器并注射两纳摩尔的探针。
然后用含有 0.9% 盐水溶液的注射器更换光学成像探针注射器，并向尾静脉注射 25 微升盐水，以充分清除聚乙烯管的死体积。接下来，将光学成像扫描仪的成像扫描仪盒设置为 37 摄氏度，并将最多五只鼠标放入视野中心的扫描仪盒中。注射后 24 小时，打开成像软件并初始化系统，让 CCD 相机冷却至工作温度。
系统准备就绪后，根据成像探针的荧光设置适当的波长和成像参数。体内成像系统采集控制面板将弹出。然后单击 acquire sequence 开始测量。
要保存获取的图像，请选择所需的保存位置。此外，还可以在 edit image labels 窗口中添加更多信息。在这里，与在对照动物中观察到的最小信号相比，在疾病诱导后第 6 天可以在类风湿性关节炎小鼠的前爪和脚踝中观察到我们明显增强的荧光信号。
实验动物和对照动物器官中 MMP 活性的生物分布分析表明，仅在类风湿性关节炎小鼠的关节中，踝关节和前爪的信号强烈增强。有趣的是，在类风湿性关节炎小鼠的两个肾脏中也观察到增强的 MMP 信号，而肝脏和肠道无论其类风湿性关节炎状态如何，都表现出强烈的 MMP 信号。在右耳 5 次 TNCB 攻击诱导的慢性接触超敏反应期间，与健康的左耳对照耳相比，右发炎的耳朵的 MMP 活性高度增加。
对关节炎和健康踝关节或爪子信号强度的半定量分析表明，与健康动物相比，关节炎踝关节的 MMP 信号强度增加了 7 倍，在前爪检测到的 MMP 信号强度高出 3 倍。急性和慢性接触超敏反应反应耳也表现出显着增加的 MMP 信号，即使在仅一次挑战后，该挑战在第五次挑战中仍然升高。这种方法可以很容易地在不同的实验动物模型中实现，并允许对体内潜在的生物过程和疗法进行长期随访。
在尝试此程序时，请务必记住每个光学成像探针都有不同的注射程序和摄取时间。因此，应为每种新的荧光染料和光学成像探针完成纵向研究。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在不到 10 分钟的时间内由多达五只动物完成。
这种方法能够深入了解炎症的体内机制，但它也可以应用于研究其他疾病，如癌症或神经退行性变。观看本视频后，您应该对如何在炎症性疾病模型中使用带有可激活成像探针的体内光学成像有一个很好的了解。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概述
本文阐述了使用可激活光学成像探针进行荧光成像以可视化两种不同炎症模型中关键基质金属蛋白酶的体内活性的应用。该方法可以帮助回答关于炎症性疾病潜在生物学机制的关键问题。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物学
- 成像技术
背景
- 基质金属蛋白酶（MMPs）在炎症中发挥着关键作用。
- 了解MMP活性可以提供对炎症性疾病的洞察。
- 荧光成像技术对于实时观察非常有价值。
- 可激活探针增强了生物系统中成像的特异性。
研究目的
- 可视化炎症模型中MMP的体内活性。
- 评估光学成像技术的有效性。
- 探索炎症反应背后的生物学机制。
使用的方法
- 使用可激活光学成像探针。
- 炎症的实验模型。
- 用于可视化的荧光成像技术。
- 评估体内MMP活性。
主要结果
- 成功可视化了活体模型中的MMP活性。
- 证明了使用荧光探针的可行性。
- 提供了关于炎症动态的见解。
- 突出了成像技术的优势。
结论
- 该方法快速、成本效益高且易于学习。
- 有多种探针可用于不同的生物过程。
- 该方法可以推进对炎症性疾病的理解。
常见问题
Executive Industry Relevance
Non-invasive in vivo fluorescence optical imaging of MMP activity enables real-time visualization of protease-driven tissue remodeling in inflammatory disease models. This approach supports target validation by linking MMP activity to disease progression in rheumatoid arthritis and contact hypersensitivity models. The method provides quantitative, longitudinal readouts that aid in mechanistic de-risking and predictive confidence for anti-inflammatory therapeutic candidates.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by visualizing MMP activity as a functional readout of inflammatory pathway activation.
- Operational Value: Enables biological de-risking through direct, non-invasive measurement of target engagement in live animals.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by correlating MMP signal intensity with disease severity across models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream screening by establishing baseline MMP activity in disease vs. control states.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible fluorescence outputs suitable for assay optimization and compound screening.
- Scalability: Facilitates platform reuse across inflammation models with minimal revalidation due to consistent probe behavior.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with translational biomarker strategies by detecting MMP activity in target tissues such as joints and inflamed ears.
- Operational Value: Ensures continuity from discovery through preclinical validation via longitudinal tracking of MMP dynamics.
- Risk Mitigation: Informs risk-adjusted advancement decisions by quantifying target modulation in response to therapeutic intervention.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy testing, particularly for inflammation-focused programs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by imaging MMP activation in response to pro-inflammatory stimuli.
- Screening: Enables assay readiness through quantitative, reproducible signal detection in diseased tissues.
- Analytics: Provides semi-quantitative intensity measurements that allow cross-group comparison and therapeutic effect assessment.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by demonstrating MMP activity in disease-relevant tissues over time.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across multiple inflammatory disease models and probe sets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in MMP-driven disease models.
- Operational Value: Offers standardization, reproducibility, and ease of implementation across diverse animal models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions through objective, imaging-based target validation.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization by linking MMP inhibition to phenotypic outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fluorescent probe handling and intravenous injection techniques.
- Depends on access to a calibrated in vivo imaging system with NIR capabilities.
- Necessitates standardization of imaging parameters and probe dosing across study groups.
- Involves adaptation considerations for different disease models and anatomical sites of interest.
- Includes practical limitations such as probe uptake time and signal variability requiring longitudinal validation per dye.
