Macro-imageur à vie de fluorescence pour applications biomédicales

Rajannya Sen; Alexander V. Zhdanov; Ciaran Devoy; Mark Tangney; Liisa M. Hirvonen; Andrei Nomerotski; Dmitri B. Papkovsky

doi:10.3791/64321

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Article de méthode

Macro-imageur à vie de fluorescence pour applications biomédicales

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DOI :

10.3791/64321

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7 avril 2023

Rajannya Sen¹ , Alexander V. Zhdanov¹ , Ciaran Devoy² , Mark Tangney² , Liisa M. Hirvonen³ , Andrei Nomerotski⁴ , Dmitri B. Papkovsky¹

¹School of Biochemistry and Cell Biology, University College Cork, ²Cancer Research@UCC, University College Cork, ³Centre for Microscopy, Characterisation and Analysis (CMCA), The University of Western Australia, ⁴Physics Department, Brookhaven National Laboratory

Dans cet article

Résumé

Cet article décrit l’utilisation d’un nouvel imageur optique rapide pour l’imagerie macroscopique à vie par photoluminescence d’échantillons émettant de longues désintégrations. Les procédures d’intégration, d’acquisition d’images et d’analyse sont décrites, ainsi que la préparation et la caractérisation des matériaux du capteur pour l’imagerie et l’application de l’imageur dans l’étude d’échantillons biologiques.

Résumé

Cet article présente un nouvel imageur à durée de vie par photoluminescence conçu pour cartographier la concentration d’oxygène moléculaire (_O2) dans différents échantillons phosphorescents allant des revêtements sensibles à l’état solide à l’O 2 aux échantillons de tissus animaux vivants colorés avec des sondes solubles sensibles à l’O₂. En particulier, la sonde proche infrarouge à base de nanoparticules NanO2-IR, qui est excitable avec une diode électroluminescente (LED) de 625 nm et émet à 760 nm, a été utilisée. Le système d’imagerie est basé sur la caméra Timepix3 (Tpx3Cam) et l’adaptateur opto-mécanique, qui abrite également un intensificateur d’image. La microscopie d’imagerie à vie par phosphorescence O₂ (PLIM) est couramment requise pour diverses études, mais les plates-formes actuelles ont des limites dans leur précision, leur flexibilité générale et leur facilité d’utilisation.

Le système présenté ici est un imageur rapide et très sensible, construit sur un capteur optique intégré et un module de puce de lecture, Tpx3Cam. Il est démontré qu’il produit des signaux de phosphorescence de haute intensité et des valeurs de vie stables à partir d’échantillons de tissus intestinaux colorés en surface ou de fragments du gros intestin colorés par voie intraluminale et permet la cartographie détaillée des niveaux de tissu O₂ en environ 20 s ou moins. Des expériences initiales sur l’imagerie de l’hypoxie dans les tumeurs greffées chez des animaux inconscients sont également présentées. Nous décrivons également comment l’imageur peut être reconfiguré pour une utilisation avec des matériaux sensibles à l’O2 à base de colorants Pt-porphyrine à l’aide d’une LED de 390 nm pour l’excitation et d’un filtre passe-bande de 650 nm pour l’émission. Dans l’ensemble, on a constaté que l’imageur PLIM produisait des mesures quantitatives précises des valeurs de durée de vie des sondes utilisées et des cartes bidimensionnelles respectives de la concentration d’O2. Il est également utile pour l’imagerie métabolique de modèles tissulaires ex vivo et d’animaux vivants.

Introduction

O2 est l’un des paramètres environnementaux clés pour les systèmes vivants, et la connaissance de la distribution de_O2 et de sa dynamique est importante pour de nombreuses études biologiques 1,2,3. L’évaluation de l’oxygénation des tissus au moyen des sondes phosphorescentes 4,5,6,7,8 et PLIM 9,10,11,12,13 gagne en popularité dans la recherche biologique et médicale