2021年9月27日
我们提出了一种利用光纤共聚焦激光显微内镜(CLM)无创研究结膜下注射后脂质体在眼部时空分布的实验方案。
该方案有助于筛选新剂型,以更好地理解修饰如何影响其在组织中的滞留时间,这对于设计最佳的药物递送系统至关重要。该技术具有非侵入性,并可实现实时成像,从而减少了为取样而过度使用实验动物。通过将治疗药物和成像组分简单地包载于同一纳米载体中,即可重新设计用于成像和治疗应用的药物递送系统。
这在癌症和传染病的治疗中具有重要的应用价值。本实验操作将由本实验室的高级研究员 Rasha Msallam 演示。首先,在结膜下注射前两小时,通过尾静脉向小鼠静脉注射 2.5 毫克/千克的伊文思蓝(Evans blue,EB)。用 5% 异氟烷对小鼠进行麻醉后,将小鼠转移至鼻罩,并将其维持在加热垫上以保持麻醉状态。
然后,修剪待注射眼周的胡须。将一滴0.5%盐酸丙氧麻黄碱溶液直接滴入眼部。接着,用荧光脂质体填充一支带有32号针头的10微升玻璃注射器,并确保注射器内无气泡。
使用镊子提起结膜,缓慢将脂质体注射到结膜下腔,然后缓慢拔出针头,防止反流。确保形成充满荧光脂质体的隆起小泡。在眼球上滴加1%夫西地酸滴眼液,并持续监测小鼠直至其恢复意识。
打开CLM系统。将探头连接到CLM系统。在此时选择视野范围以及采集文件的保存位置。
调节激光强度,确保荧光素 DHPE 的荧光检测处于线性范围,并在不同时间点拍摄的图像之间保持强度一致。系统预热15分钟后,使用包含每种激光对应的清洁液、冲洗液和Fluoro-4溶液的校准试剂盒,按照制造商说明对系统进行校准。简要步骤如下:首先将探头分别浸入清洁瓶中5秒,然后浸入冲洗瓶中5秒,开始校准。
将探头尖端置于空气中进行背景信号采集,以校正不同光纤探头的背景值,确保图像均匀性。随后,再次将探头尖端浸入清洗瓶中5秒,接着浸入冲洗瓶中5秒。接下来,将探头尖端浸入含有Fluoro-4 488-纳米染料的试剂瓶中5秒,以校正信号值。
将探针尖端再次浸入清洁管中5秒,随后浸入冲洗管中。保持探针尖端在冲洗管内,直至上一步骤中记录的荧光信号完全消失。然后,将探针尖端转移至含有Fluoro-4 660纳米染料的管中,以对探针中不同光纤的信号值进行归一化处理。
校准后,确保探针背景值低于100;否则,需使用棉签反复清洁探针。打开动物体温控制器及其连接的加热垫,并将温度调节至37摄氏度。
用手术巾覆盖加热垫后,将鼻罩固定在加热垫上。将小鼠置于诱导舱内,使用5%异氟烷进行麻醉,随后将小鼠转移至鼻罩处,并在加热垫上维持其麻醉状态。然后,向眼部滴加一滴0.5%盐酸丙美卡因麻醉液。
为了清洗眼表并防止镜片结晶,通过滴加数滴生理盐水保持眼睛湿润。然后,旋转并调节显微镜目镜,以0.67倍放大倍率在直接焦点下符合人体工学地观察小鼠眼睛。打开激光器,将探头像握笔一样直接放置在需要成像的眼部区域。
然后,开始记录采集过程,以观察感兴趣区域眼部的荧光信号。当所有区域均根据眼图标记并标注后,停止记录,以确定精确帧中探针的准确位置。采集文件将自动保存为视频文件,存储位置为先前选择的路径。
荧光成像显示出巩膜与角膜区域之间明显的差异。睫状膜和结膜的高度血管化导致巩膜区域被伊文思蓝染成红色。缺乏血管的角膜则呈现黑色。在为期七天的研究中观察到了角膜缘与巩膜之间的荧光对比。
荧光素染料注射的对照小鼠证实了脂质体来源荧光的特异性。在第1天和第3天,荧光强度较高。绿色荧光随时间推移反映了角膜缘和巩膜区域脂质体的减少。
注射后第一天至第三天,在颞侧角膜缘和上方角膜缘区域的荧光信号差异无统计学意义,表明中性脂质体倾向于分布于角膜缘区域,尤其是角膜周边部。在注射后第一天,颞侧和上方区域的巩膜荧光强度是角膜缘区域的六倍。至第三天和第七天,颞侧和上方区域巩膜中的脂质体显著减少,这归因于眼部的清除机制。
由于距离注射部位较远,鼻侧和下方区域检测到的荧光信号最弱。在停止记录前,必须根据眼部图谱对斑点图像进行标记。保持激光强度一致,并定义最大背景值,以便在不同实验之间进行恰当比较。
在确定先导制剂后,可在动物体内开展全面的药代动力学和生物分布研究,以考察药物的生物利用度,并验证其制剂的治疗效果。
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本方案介绍了一种利用光纤共聚焦激光显微内镜(CLM)研究结膜下注射后脂质体在眼部分布的方法。该技术可实现无创、实时成像,有助于药物递送系统的设计。
该方法能够在活体动物中实现对眼部药物递送系统的实时、非侵入性可视化,有助于早期制剂筛选,并减少对终点取样的依赖。通过提供结膜下注射后脂质体的时空分布数据,该方法可促进优化治疗候选物在眼内的定位效果及其作用持续时间。该策略通过将制剂改良与组织滞留模式相关联,提高了临床前设计的预测可靠性。
该技术适用于从早期处方筛选到临床前验证的整个发现过程,可提供机制性见解,指导先导化合物的识别和产品组合的筛选。