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संवहनी और ट्यूमर इमेजिंग के लिए एक उज्ज्वल एनआईआर -द्वितीय फ्लोरेसेंस जांच

Published: March 17, 2023 doi: 10.3791/64875
Automatic Translation
*1,2, *1, 1,2
1College of Science, Research Center for Ecology, Laboratory of Extreme Environmental Biological Resources and Adaptive Evolution, Tibet University, 2State Key Laboratory of Virology, Key Laboratory of Combinatorial Biosynthesis and Drug Discovery (MOE) and Hubei Province Engineering and Technology Research Center for Fluorinated Pharmaceuticals, Wuhan University School of Pharmaceutical Sciences
* These authors contributed equally

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल एनआईआर-II ऑप्टिक्स इमेजिंग डिवाइस का उपयोग करके माउस के एक विस्तृत, वास्तविक समय एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग ऑपरेशन का वर्णन करता है।

Abstract

एक उभरती हुई इमेजिंग तकनीक के रूप में, निकट-अवरक्त द्वितीय (एनआईआर-II, 1000-1700 एनएम) फ्लोरेसेंस इमेजिंग में बायोमेडिकल क्षेत्र में महत्वपूर्ण क्षमता है, इसकी उच्च संवेदनशीलता, गहरी ऊतक प्रवेश और स्थानिक और अस्थायी संकल्प के साथ बेहतर इमेजिंग के कारण। हालांकि, चिकित्सा विज्ञान और फार्मेसी जैसे कुछ तत्काल आवश्यक क्षेत्रों के लिए एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग के कार्यान्वयन की सुविधा के लिए विधि ने प्रासंगिक शोधकर्ताओं को उलझन में डाल दिया है। यह प्रोटोकॉल डी-ए-डी (दाता-स्वीकर्ता-दाता) कंकाल के साथ एनआईआर-द्वितीय फ्लोरेसेंस आणविक जांच, एचएलवाई 1 के निर्माण और बायोइमेजिंग अनुप्रयोगों का विस्तार से वर्णन करता है। HLY1 ने अच्छे ऑप्टिकल गुण और जैव-रासायनिकता दिखाई। इसके अलावा, चूहों में एनआईआर -2 संवहनी और ट्यूमर इमेजिंग एक एनआईआर-द्वितीय ऑप्टिक्स इमेजिंग डिवाइस का उपयोग करके किया गया था। ट्यूमर और संवहनी रोगों का पता लगाने के लिए वास्तविक समय उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनआईआर-II प्रतिदीप्ति छवियों का अधिग्रहण किया गया था। जांच तैयारी से डेटा अधिग्रहण तक, इमेजिंग गुणवत्ता में बहुत सुधार हुआ है, और इंट्रावाइटल इमेजिंग में डेटा रिकॉर्डिंग के लिए एनआईआर-II आणविक जांच की प्रामाणिकता सुनिश्चित की जाती है।

Introduction

फ्लोरेसेंस इमेजिंग बुनियादी अनुसंधान में आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला आणविक इमेजिंग उपकरण है, और अक्सर क्लीनिक1 में सर्जिकल ट्यूमर रिसेक्शन का मार्गदर्शन करने के लिए भी उपयोग किया जाता है। फ्लोरेसेंस इमेजिंग का आवश्यक सिद्धांत नमूनों (ऊतकों, अंगों, आदि) के विकिरण के बाद लेजर द्वारा उत्सर्जित प्रतिदीप्ति प्राप्त करने के लिए एक कैमरे को नियोजित करना है। 2. प्रक्रिया कुछ मिलीसेकंड के भीतर पूरी होजाती है। फ्लोरेसेंस इमेजिंग तरंग दैर्ध्य को पराबैंगनी (200-400 एनएम), दृश्य क्षेत्र (400-700 एनएम), निकट-अवरक्त I (NIR-I, 700-900 nm), और निकट-अवरक्त II (NIR-II, 1000-1700 nm)4,5,6 में विभाजित किया जा सकता है। क्योंकि जैविक ऊतकों में हीमोग्लोबिन, मेलेनिन, डीऑक्सीहीमोग्लोबिन और बिलीरुबिन जैसे अंतर्जात अणुओं में दृश्य क्षेत्रों में प्रकाश पर मजबूत अवशोषण और प्रकीर्णन प्रभाव पड़ता है, प्रकाश का प्रवेश और संवेदनशीलता बहुत कम हो जाती है, और दृश्य प्रकाश तरंग दैर्ध्य में प्रतिदीप्ति इमेजिंग प्रतिकूल रूप से प्रभावित होती है 7,8,9।

एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग में कम फोटॉन अवशोषण और प्रकीर्णन, उच्च इमेजिंग गति और उच्च छवि कंट्रास्ट (या संवेदनशीलता) 10,11 है। जैसे-जैसे प्रतिदीप्ति तरंगदैर्ध्य बढ़ता है, जैविक ऊतकों में प्रतिदीप्ति का अवशोषण और प्रकीर्णन धीरे-धीरे कम हो जाता है, और एनआईआर-II क्षेत्र में ऑटो-फ्लोरेसेंस बेहद कमहोता है। इस प्रकार, एनआईआर-II विंडो ऊतकों की प्रवेश गहराई को काफी बढ़ाती है और उच्च रिज़ॉल्यूशन और सिग्नल-टू-शोर अनुपात 13,14,15 प्राप्त करती है। एनआईआर-II विंडो को आगे एनआईआर-आईआईए (1300-1400 एनएम) और एनआईआर-एलआईबी (1500-1700 एनएम) विंडो16 में विभाजित किया जा सकता है। आज तक, कई मील के पत्थर एनआईआर -2 सामग्रियों की सूचना दी गई है, जिसमें अकार्बनिक सामग्री एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब, दुर्लभ पृथ्वी नैनोकणों, क्वांटम डॉट्स और कार्बनिक सामग्री अर्धचालक बहुलक नैनोकणों, छोटे अणु रंजक, एकत्रीकरण-प्रेरित लुमिनेसेंट सामग्री आदि शामिल हैं। 1,17,18,19,20,21,22. अकार्बनिक नैनोमैटेरियल्स आसानी से यकृत, प्लीहा आदि में जमा हो जाते हैं, और संभावित दीर्घकालिक बायोटॉक्सिसिटी23 होती है। कार्बनिक छोटे-अणु फ्लोरोफोरे में तेजी से चयापचय, कम विषाक्तता, आसान संशोधन और एक स्पष्ट संरचना के फायदे हैं, जोनैदानिक उपयोग के लिए सबसे आशाजनक जांच है।

एनआईआर-II ऑप्टिक्स इमेजिंग सिस्टम भी फ्लोरेसेंस बायोइमेजिंग का एक महत्वपूर्ण घटक है क्योंकि यह एनआईआर-II जांच से एनआईआर-II फ्लोरेसेंस संकेतों को प्रभावी ढंग से एकत्र कर सकता है, इस प्रकार सटीक कार्यात्मक, शारीरिक और आणविक छवियां25,26 प्रदान करता है। एनआईआर-2 इमेजिंग सिस्टम में मुख्य रूप से शॉर्टवेव इन्फ्रारेड कैमरे, लॉन्ग-पास (एलपी) फिल्टर, लेजर और कंप्यूटर प्रोसेसर शामिल हैं। विवो में एनआईआर-II फ्लोरोसेंट इमेजिंग को रोगों के तंत्र और जीवन की प्रकृति को स्पष्ट करने के लिए सबसे व्यवहार्य इमेजिंगदृष्टिकोणों में से एक माना जाता है। एनआईआर-II इमेजिंग तकनीक का व्यापक रूप से बायोमेडिकल क्षेत्रों में उपयोग किया गया है जैसे कि कैंसर सेल डिटेक्शन, गतिशील इमेजिंग, विवो लक्षित अनुरेखण में, और लक्षित चिकित्सा, विशेष रूप से ऑन्कोलॉजी अनुसंधान30,31 में। हालांकि, इमेजिंग जांच और उपकरणों पर एनआईआर -2 इमेजिंग तकनीक की उच्च तकनीकी आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, यह विभिन्न क्षेत्रों में शोधकर्ताओं के व्यावहारिक उपयोग को भी पहेलियां और प्रतिबंधित करता है। इसलिए, एनआईआर-II इमेजिंग जांच की तैयारी और एनआईआर-II इमेजिंग के अनुप्रयोगों को इस लेख में विस्तार से पेश किया गया है।

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Protocol

एनआईआर-II इमेजिंग अध्ययनों के लिए पशु प्रयोग वुहान विश्वविद्यालय के पशु प्रयोग केंद्र में आयोजित किए गए थे, जिसे इंटरनेशनल एसोसिएशन फॉर एक्सपेरिमेंटल एनिमल केयर (एएएलएसी) से सम्मानित किया गया है। सभी पशु अध्ययन प्रायोगिक जानवरों की देखभाल और उपयोग के लिए चीन पशु कल्याण आयोग के दिशानिर्देशों के बाद आयोजित किए गए थे और वुहान विश्वविद्यालय के पशु प्रायोगिक केंद्र की पशु देखभाल और उपयोग समिति (आईएसीयूसी) द्वारा अनुमोदित थे।

वर्तमान अध्ययन के लिए 6 सप्ताह की उम्र में मादा बीएएलबी / सी नग्न चूहों (~ 20 ग्राम) का उपयोग किया गया था।

1. एनआईआर-II इमेजिंग तैयारी

  1. वाहक के केंद्र में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध काले कार्डबोर्ड ( सामग्री की तालिका देखें) रखें। फिर, नमूने को काले कार्डबोर्ड के शीर्ष पर रखें, ताकि नमूना वाहक (इमेजिंग डिवाइस में स्थित एक चरण) के केंद्र में हो।
    नोट: सफेद कार्डबोर्ड की तुलना में, एनआईआर -2 इमेजिंग के दौरान काले कार्डबोर्ड में कम पृष्ठभूमि हस्तक्षेप होता है।
  2. एनआईआर-II जांच की तरंग दैर्ध्य के आधार पर एक उपयुक्त फ़िल्टर का चयन करें। स्क्रीन इंटरफ़ेस में फ़िल्टर मॉडल के अनुरूप बॉक्स क्षेत्र (जैसे 900 एलपी) को नियंत्रित करने के लिए लंबा (>2 एस) दबाएं जब सिस्टम फ़िल्टर को ऑप्टिकल इमेजिंग पथ में ले जाता है।
  3. वाहक कंसोल नियंत्रण क्षेत्र के टच स्क्रीन इंटरफ़ेस पर लॉन्ग प्रेस प्लेटफ़ॉर्म ऊपर ताकि वाहक कंसोल ऊपर हो; लॉन्ग प्रेस प्लेटफॉर्म नीचे ताकि वाहक कंसोल नीचे आ जाए।
  4. प्लेटफ़ॉर्म ऊंचाई को "0 मिमी" (ऊंचाई समायोजन) में समायोजित करें और एनआईआर-II छवि को स्पष्ट करने के लिए स्वचालित फोकसिंग का उपयोग करें।

2. एनआईआर-II डाई (एचएलवाई 1) का संश्लेषण

  1. संश्लेषण प्रयोग के लिए आवश्यक कच्चे माल का वजन करें। सुनिश्चित करें कि वे खराब न हों।
  2. यौगिक 1 (200 मिलीग्राम, 0.18 mmol), PDCl2 (dppf)2CH2Cl2 (28 mg, 0.04 mmol), N-phenyl-N-(4-(4,4,5,5-टेट्रामिथाइल-1,3,2-डायोक्साबोरोलन-2-yl)फेनिल) नेफ्थेलेन-2-अमाइन (170 मिलीग्राम, 0.4 mmol), और K2CO3 (46 mg, 0.4 mmol) में जोड़ें। मिश्रण को N2 वायुमंडल के तहत 75 °C पर 4 घंटे के लिए हिलाएं (चित्रा 1A)।
    नोट: यौगिक 1 और एन-फिनाइल-एन-(4-(4,4,5,5-टेट्रामिथाइल-1,3,2-डायोक्साबोरोलन-2-वाईएल)फिनाइल)नेफ्थेलेन-2-अमाइन की संश्लेषण प्रक्रिया के लिए, ली एट अल21 देखें। रासायनिक संरचनाओं को चित्र 1 ए में दिखाया गया है।
  3. परिवेश के तापमान पर ठंडा होने के बाद, आसुत (डीआई) पानी (80 एमएल) के साथ प्रतिक्रिया को बुझाएं, और डीसीएम (डाइक्लोरोमेथेन)/एच2ओ (30 एमएल) (तीन बार) के साथ मिश्रण निकालें। एचएलवाई 1 को हरा ठोस (78 मिलीग्राम, 30% उपज) बनाने के लिए कॉलम क्रोमैटोग्राफी16 (पेट्रोलियम ईथर: डीसीएम = 10: 1) द्वारा कच्चे उत्पाद को शुद्ध करें।
  4. डाई HLY1 को बाद में उपयोग के लिए रेफ्रिजरेटर में नाइट्रोजन की सुरक्षा के तहत रखें। इसे 6 महीने तक स्टोर किया जा सकता है।

3. पानी-अनिवार्य नैनोप्रोब की तैयारी

  1. एचएलवाई 1 (1 मिलीग्राम) और एम्फीपैथिक एनकैप्सुलेशन सामग्री का वजन, 1,2-डिस्टेरियल-एसएन-ग्लिसेरो-3-फॉस्फोएथेनामाइन-एन-[एमिनो (पॉलीइथिलीन ग्लाइकोल)-2 के (डीएसपीई-पीईजी 2 के, 10 मिलीग्राम; सामग्री की तालिका देखें)।
  2. डीएसपीई-पीईजी 2 के को एनकैप्सुलेशन मैट्रिक्स (नैनोप्रेसिटेशन विधि 12) (चित्रा 1 सी) के रूप में नियोजित करकेएचएलएवाई 1 डॉट्स20 तैयार करें। THF (1 mL) में HLY1 को घोलें और धीरे-धीरे DSPE-PEG2k जलीय घोल (9 mL) युक्त एक बीकर में 25 °C पर सोनिकेशन के साथ जोड़ें। इसके बाद, डायलिसिस20 द्वारा मिश्रण से टीएचएफ को हटा दें।
  3. उपरोक्त समाधान को अल्ट्राफिल्ट्रेशन18 (10 मिनट के लिए 7100 x g ) के साथ केन्द्रापसारक रूप से केंद्रित करें और फिर इसे भविष्य के उपयोग के लिए 4 डिग्री सेल्सियस रेफ्रिजरेटर में रखें। इसे 1 महीने तक स्टोर किया जा सकता है।
    नोट: डीएसपीई-पीईजी2 के द्वारा लोड किए गए नैनोप्रोब जलीय घोल को 0 डिग्री सेल्सियस से ऊपर संग्रहीत किया जाना चाहिए और जितनी जल्दी हो सके उपयोग किया जाना चाहिए।

4. ट्यूमर-असर चूहों का निर्माण

  1. डलबेको के मॉडिफाइड ईगल मीडियम (डीएमईएम) में कल्चर 4टी1 माउस स्तन कैंसर कोशिकाएं (4टी1), 10% (वी/वी) भ्रूण गोजातीय सीरम (एफबीएस) और 1% (वी/वी) पेनिसिलिन-स्ट्रेप्टोमाइसिन ( सामग्री की तालिका देखें) के साथ पूरक हैं, और 37 डिग्री सेल्सियस पर 5% सीओ2 के साथ एक ह्यूमिडिफाइड इनक्यूबेटर में बनाए रखती हैं।
  2. एनआईआर-II फ्लोरोसेंट इमेजिंग प्रयोग के लिए, 24 घंटे के लिए 4 टी 1 कोशिकाओं (5 x 107) को कल्चर करें, ट्रिप्सिन (1 एमएल) के साथ पचाएं, और सीरम-मुक्त डीएमईएम (4 एमएल) के साथ दो बार धोएं।
  3. आइसोफ्लुरेन (2%) के साथ इलाज करके चूहों को एनेस्थेटाइज करें। चूहों के पैर की उंगलियों या पैरों के तलवों को उत्तेजित करके पर्याप्त एनेस्थेटाइजेशन की पुष्टि करें, और देखें कि क्या चूहे प्रतिक्रिया देते हैं। यदि कोई प्रतिक्रिया नहीं है, तो इसका मतलब है कि संज्ञाहरणपर्याप्त है।
  4. फिर, इंसुलिन इंजेक्शन सुई का उपयोग करके, चमड़े के नीचे इंजेक्शन (100 μL) के माध्यम से चूहों में 4T1 सेल मिश्रण इंजेक्ट करें।
    नोट: एनआईआर-II इमेजिंग अध्ययन टीकाकरण के 2 सप्ताह बाद किया गया था, जब ट्यूमर ~ 100 मिमी3 की मात्रा तक बढ़ गया था। एनआईआर -2 ट्यूमर इमेजिंग से पहले, कृपया ट्यूमर के आकार की पुष्टि करें। ट्यूमर के आकार का अनुमान वर्तमान अध्ययन11 के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक वर्नियर कैलिपर द्वारा लगाया गया था।

5. विवो एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग में

  1. आइसोफ्लुरेन (2%) के साथ इलाज करके चूहों को एनेस्थेटाइज करें और ऑप्टिकल एनआईआर-II इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके चूहों के पूरे शरीर की एनआईआर-II इमेजिंग करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
    नोट: चूहों की मृत्यु से बचने के लिए एनेस्थेटिक की खुराक पर ध्यान दें। आम तौर पर, संज्ञाहरण 5-10 मिनट तक रहता है। चूहों के पैर की उंगलियों या पैरों के तलवों को उत्तेजित करें, और देखें कि क्या चूहे प्रतिक्रिया देते हैं। यदि कोई प्रतिक्रिया नहीं है, तो इसका मतलब है कि संज्ञाहरण पर्याप्त है।
  2. HLY1 डॉट्स (0.8 mg/mL, 200 μL) का समाधान लें। एनेस्थेटाइज्ड चूहों में एचएलवाई 1 डॉट्स को अंतःशिरा रूप से इंजेक्ट करें, और 3 मिनट बाद, एनआईआर-II इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके चूहों के पूरे शरीर की रक्त वाहिकाओं की एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग करें। मस्तिष्क संवहनी इमेजिंग एकत्र करने के लिए माउस के सिर पर आगे ध्यान केंद्रित करें।
    नोट: इमेजिंग के दौरान स्वच्छ प्रयोगात्मक दस्ताने का उपयोग करें, जो स्वच्छ एनआईआर -2 छवियों को प्राप्त करने में मदद करेगा।
  3. चूहों में एचएलवाई 1 डॉट्स के इंजेक्शन के 5 मिनट बाद छवियों को इकट्ठा करें, और इमेजजे सॉफ्टवेयर का उपयोग करके डेटा को संसाधित करें। ऑप्टिकल एनआईआर -2 इमेजिंग सिस्टम के उपकरण पैरामीटर 90 mW / cm2 (808 nm लेजर) हैं।
  4. प्रयोग के पूरा होने पर, संस्थागत रूप से अनुमोदित प्रोटोकॉल का पालन करते हुए जानवरों को इच्छामृत्यु दें।
    नोट: वर्तमान अध्ययन के लिए, जानवरों को अतिरिक्त आइसोफ्लुरेन32 के संपर्क में लाकर इच्छामृत्यु दी गई थी।

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Representative Results

पानी-अनिवार्य एचएलवाई 1 डॉट्स की फ्लोरोसेंट तीव्रता और चमक को एनआईआर-II इमेजिंग उपकरण द्वारा निर्धारित किया गया था। एच 2ओ मिश्रण में एचएलवाई 1 की फ्लोरोसेंट तीव्रता टीएचएफ समाधान में पांच गुना थी, जिसने एचएलवाई 1 (चित्रा 1 बी) की एक प्रमुख एआईई विशेषता का संकेत दिया। इसके अलावा, एचएलवाई 1 डॉट्स ने 1,500 एनएम एलपी फिल्टर के तहत मजबूत फ्लोरोसेंट सिग्नल उत्सर्जित किए, यह दिखाते हुए कि एचएलवाई 1 डॉट्स का उपयोग एनआईआर-आईआईबी इमेजिंग (चित्रा 1 डी) के लिए किया जा सकता है। एचएलवाई 1 डॉट्स का अधिकतम अवशोषण और अधिकतम उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य क्रमशः 740 एनएम और 1,040 एनएम था (चित्रा 2 ए)। इसके अलावा, एचएलवाई 1 डॉट्स का हाइड्रोडायनामिक आकार गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन (डीएलएस) (चित्रा 2 बी) द्वारा 145 एनएम निर्धारित किया गया था। एचएलवाई 1 डॉट्स (0.2 एमएल, 0.8 मिलीग्राम / एमएल) को संवहनी इमेजिंग के लिए पूंछ नस इंजेक्शन के माध्यम से सामान्य बाल्ब / सी चूहों में प्रशासित किया गया था (पूरक चित्र 1)। हिंदलिम्ब में सूक्ष्म-वाहिकाओं को 1,500 एनएम एलपी फिल्टर (चित्रा 3 बी) के तहत स्पष्ट रूप से पहचाना गया था। इसके अलावा, सेरेब्रल वाहिकाओं को 1,500 एनएम एलपी फिल्टर (चित्रा 3 ए) के तहत भी स्पष्ट रूप से पहचाना गया था। 4टी1 ट्यूमर-असर वाले चूहों में एचएलवाई 1 डॉट्स के एनआईआर-II इमेजिंग प्रदर्शन का मूल्यांकन एनआईआर-II इमेजिंग सिस्टम के माध्यम से भी किया गया था। एचएलवाई 1 डॉट्स (0.2 एमएल, 0.8 मिलीग्राम / एमएल) को पूंछ की नस के माध्यम से 4 टी 1 चूहों में अंतःशिरा रूप से इंजेक्ट किया गया था। ट्यूमर-असर चूहों का 4 टी 1 ट्यूमर एनआईआर-II इमेजिंग (चित्रा 3 सी) द्वारा स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहा था, जो एचएलएआई 1 डॉट्स के ईपीआर प्रभाव को दर्शाता है। इन सभी परिणामों से पता चलता है कि एचएलवाई 1 डॉट्स एक उज्ज्वल एनआईआर-द्वितीय फ्लोरेसेंस जांच है, जो संवहनी और ट्यूमर इमेजिंग के लिए लागू है।

Figure 1
चित्र 1: डाई अणुओं का संश्लेषण और पानी-अनिवार्य जांच की तैयारी। (A) HLY1 का सिंथेटिक पथ (a: PD (dppf)Cl2 CH 2 Cl2, K2CO3, 75 °C)। (बी) टीएचएफ में एचएलवाई 1 की एनआईआर-II छवियां और टीएचएफ /एच2ओ (1,000 एनएम एलपी, 2 एमएस) के 90% एफ। (ग) एचएलवाई1 डॉट्स की तैयारी का एक योजनाबद्ध आरेख। (डी) जलीय घोल (1,500 एनएम एलपी, 200 एमएस) में एचएलवाई 1 डॉट्स की एनआईआर-आईआईबी फ्लोरोसेंट तीव्रता। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: HLY1 डॉट्स के ऑप्टिकल गुण और हाइड्रोडायनामिक आकार। (A) जलीय घोल में HLY1 डॉट्स का अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा। (बी) एचएलवाई 1 डॉट्स का डीएलएस। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्र 3: एचएलवाई 1 डॉट्स का उपयोग करके एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग( ए) चूहों में मस्तिष्क संवहनी इमेजिंग (1,500 एनएम एलपी, 300 एमएस एक्सपोजर समय)। (बी) चूहों में पूरे शरीर संवहनी इमेजिंग (1,500 एनएम एलपी, 300 एमएस)। (सी) 4 टी 1 ट्यूमर इमेजिंग (1,250 एनएम एलपी, 30 एमएस)। स्केल पट्टी: 1 सेमी. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

पूरक चित्रा 1: एनआईआर-II इमेजिंग सेटअप। (ए) चूहों में एचएलवाई 1 डॉट्स के इंजेक्शन का योजनाबद्ध आरेख। (बी) एनआईआर -2 इमेजिंग डिवाइस की तस्वीर। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

एनआईआर-आई फ्लोरोसेंट इमेजिंग का उपयोग ट्यूमर और संवहनी इमेजिंग के लिए कुछ हद तक किया जा सकता है, लेकिन एनआईआर-आई फ्लोरोफोरेस (<900 एनएम) के सीमित अधिकतम उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के कारण, इसके परिणामस्वरूप खराब ऊतक प्रवेश और ट्यूमर सिग्नल पृष्ठभूमि अनुपात33,34 होता है। खराब और कम इमेजिंग रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग फीडबैक उपचार के परिणाम और वास्तविक चिकित्सीय प्रभाव के बीच विचलन का कारण बन सकता है। इसके अलावा, अधिकांश एनआईआर-आई फ्लोरोफोरे में खराब ऑप्टिकल स्थिरता और बेहद तेज चयापचय होता है, जिसके परिणामस्वरूप इमेजिंग प्रक्रिया में अस्थिरता होती है। एनआईआर-आई फ्लोरोफोरेस के कम ऊतक प्रवेश और अस्थिरता के कारण, ट्यूमर और संवहनी इमेजिंग में आवेदनबहुत सीमित है। एनआईआर-1 प्रकाश की तुलना में, एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग में फोटॉन प्रकीर्णन और अवशोषण, कम ऊतक ऑटो-फ्लोरेसेंस, मजबूत शरीर ऊतक प्रवेश और बेहतर इमेजिंग स्पेसटाइम रिज़ॉल्यूशन36 के फायदे हैं।

यह लेख डी-ए-डी कंकाल के आधार पर एक उज्ज्वल एआईई डाई का वर्णन करता है, जिसमें उत्कृष्ट स्थिरता है। संवहनी रोगों और ट्यूमर इमेजिंग सहित बहुउद्देश्यीय बायोइमेजिंग के लिए एक नैनोप्रोब तैयार करने के लिए एक प्रभावी नैनोप्रेसिटेशन विधि का उपयोग किया गया था। जलीय घोल में उच्च क्वांटम उपज एकत्रीकरण द्वारा प्रेरित ल्यूमिनेसेंट गुणों के कारण होती है, जो कम खुराक और उच्च जैव सुरक्षा के साथ उच्च परिभाषा एनआईआर -2 इमेजिंग प्राप्त कर सकती है। एनआईआर -2 जांच की चमक और पानी की घुलनशीलता इमेजिंग की गुणवत्ता निर्धारित करती है। इसके अतिरिक्त, माउस में एक जांच इंजेक्ट करते समय, माउस की पूंछ में जांच को लीक करने से बचना आवश्यक है, जो इमेजिंग परिणामों की सटीकता को प्रभावित करता है। प्रशासन की वर्तमान विधि केवल अंतःशिरा इंजेक्शन तक सीमित है, और कई इंजेक्शन विधियों का उपयोग नहीं कर सकती है, जो वर्तमान विधि की एक सीमा है। इसके अलावा, इस विधि के एनआईआर-II नैनोप्रोब को केवल निष्क्रिय लक्ष्यीकरण द्वारा लक्ष्य तक संचित किया जा सकता है, और सक्रिय लक्ष्यीकरण द्वारा विशिष्ट लक्ष्यों की पहचान नहीं कर सकता है।

एनआईआर-II इमेजिंग को लागू करने की प्रक्रिया में, छवियों के अधिग्रहण के लिए एनआईआर-II डिवाइस का संचालन भी महत्वपूर्ण है। उच्च-रिज़ॉल्यूशन संवहनी इमेजिंग प्राप्त करने के लिए, इंगाएएस कैमरे को माउस पर केंद्रित करने और माउस के करीब स्थित करने की आवश्यकता होती है, जिससे छोटे रक्त वाहिकाओं का निरीक्षण करना आसान हो जाता है। ट्यूमर इमेजिंग के लिए, जांच को ट्यूमर में प्रभावी ढंग से जमा करने की आवश्यकता होती है, और एनआईआर-II प्रतिदीप्ति को ट्यूमर में संचित जांच द्वारा उत्सर्जित किया जाना चाहिए, जो ट्यूमर और आसपास के ऊतक के बीच की सीमा को प्रभावी ढंग से अलग करता है। एनआईआर-II फ्लोरेसेंस इमेजिंग की उच्च संवेदनशीलता के कारण, इमेजिंग के दौरान छवियों को गतिशील रूप से देखा जा सकता है, जिसमें कई अन्य इमेजिंग तकनीकों की कमी है।

इस अध्ययन में, एक फ्लोरोसेंट जांच की तैयारी पेश की जाती है। इसी समय, उच्च-रिज़ॉल्यूशन संवहनी और ट्यूमर इमेजिंग को एनआईआर-II फ्लोरोसेंट नैनोप्रोब द्वारा महसूस किया जाता है, जो संवहनी रोगों और कैंसर का पता लगाने के लिए एक सटीक और प्रभावी विधि प्रदान करता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस कार्य को आंशिक रूप से एनएसएफसी (82273796, 82111530209), केंद्र सरकार के स्थानीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी विकास के मार्गदर्शन के लिए विशेष निधि (XZ202202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), हुबेई प्रांत वैज्ञानिक और तकनीकी नवाचार कुंजी परियोजना (2020BAB058), केंद्रीय विश्वविद्यालयों के लिए मौलिक अनुसंधान निधि और केंद्रीय विश्वविद्यालयों के लिए मौलिक अनुसंधान निधि और तिब्बत स्वायत्त क्षेत्र कोविड-19 के लिए अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Anhydrous pyridine Perimed  110-86-1
Anhydrous sodium sulfate China national medicines Co.,Ltd SY006376
Black cardboard Suzhou Yingrui Optical Technology Co., Ltd AO00158
Column chromatography Energy Chemical E080498
Diphenylphosphine palladium dichloride Sigma-Aldrich B2161-1g
DSPE-PEG2000 Ponsure PS-E1
Dulbecco's modified eagle medium  Gibco 8121587
EGTA Biofroxx EZ6789D115
Fetal bovine serum Gibco 2166090RP
Isoflurane GLPBIO GC45487-1
K2CO3 Macklin P816305-5g
N. N '- dimethylformamide China national medicines Co.,Ltd 02-12-1968
NIR-II imaging instrument Suzhou Yingrui Optical Technology Co., Ltd 16011109
N-sulfenanilide Enerry chemical  1250030-5g
PdCl2(dppf)2CH2Cl2 TCI  B2064-1g
penicillin-streptomycin Gibco 15140-122
Tetrahydrofuran China national medicines Co.,Ltd M005197
Tetratriphenylphosphine palladium Immochem 1021232-5g
Tetratriphenylphosphine palladium Sigma-Aldrich 1021232-5g
Tributyltin chloride Immochem QH004335
Trimethylchlorosilane China national medicines Co.,Ltd 40060560

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References

  1. Liu, Y., et al. Versatile types of inorganic/organic NIR-IIa/IIb fluorophores: from strategic design toward molecular imaging and theranostics. Chemical Reviews. 122 (1), 209-268 (2022).
  2. Zhou, H., et al. Mn-loaded apolactoferrin dots for in vivo MRI and NIR-II cancer imaging. Journal of Materials Chemistry C. 7 (31), 9448-9454 (2019).
  3. Zhang, F., Tang, B. Z. Near-infrared luminescent probes for bioimaging and biosensing. Chemical Science. 12 (10), 3377-3378 (2021).
  4. Yao, C., et al. A bright, renal-clearable NIR-II brush macromolecular probe with long blood circulation time for kidney disease bioimaging. Angewandte Chemie International Edition. 61 (5), 202114273 (2022).
  5. Gao, S., et al. Molecular engineering of near-infrared-II photosensitizers with steric-hindrance effect for image-guided cancer photodynamic therapy. Advanced Functional Materials. 31 (14), 2008356 (2021).
  6. Ding, F., Fan, Y., Sun, Y., Zhang, F. Beyond 1000 nm emission wavelength: recent advances in organic and inorganic emitters for deep-tissue molecular imaging. Advanced Healthcare Materials. 8 (14), 1900260 (2019).
  7. Yang, Y., Zhang, F. Molecular fluorophores for in vivo bioimaging in the second near-infrared window. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 49 (9), 3226-3246 (2022).
  8. Ding, B., et al. Polymethine thiopyrylium fluorophores with absorption beyond 1000 nm for biological imaging in the second near-infrared subwindow. Journal of Medicinal Chemistry. 62 (4), 2049-2059 (2019).
  9. Cheng, X., et al. Novel diketopyrrolopyrrole Nir-Ii fluorophores and Ddr inhibitors for in vivo chemo-photodynamic therapy of osteosarcoma. Chemical Engineering Journal. , 136929 (2022).
  10. Yang, Y., et al. Nir-Ii chemiluminescence molecular sensor for in vivo high-contrast inflammation imaging. Angewandte Chemie International Edition. 59 (42), 18380-18385 (2020).
  11. Liu, Y., et al. A second near-infrared Ru(Ii) polypyridyl complex for synergistic chemo-photothermal therapy. Journal of Medicinal Chemistry. 65 (3), 2225-2237 (2022).
  12. Xu, Y., et al. Long wavelength-emissive Ru(Ii) metallacycle-based photosensitizer assisting in vivo bacterial diagnosis and antibacterial treatment. Proceedings of the National Academy of Sciences. 119 (32), 2209904119 (2022).
  13. Xu, Y., et al. Construction of emissive Ruthenium(II) metallacycle over 1000 nm wavelength for in vivo biomedical applications. Nature Communications. 13 (1), 2009 (2022).
  14. Wang, S., Li, B., Zhang, F. Molecular fluorophores for deep-tissue bioimaging. ACS Central Science. 6 (8), 1302-1316 (2020).
  15. Sun, Y., Sun, P., Li, Z., Qu, L., Guo, W. Natural flavylium-inspired far-red to NIR-II dyes and their applications as fluorescent probes for biomedical sensing. Chemical Society Reviews. 51 (16), 7170-7205 (2022).
  16. Shen, H., et al. Rational design of NIR-II AIEgens with ultrahigh quantum yields for photo- and chemiluminescence imaging. Journal of the American Chemical Society. 144 (33), 15391-15402 (2022).
  17. Mu, J., et al. The chemistry of organic contrast agents in the NIR-II window. Angewandte Chemie International Edition. 61 (14), 202114722 (2022).
  18. Lu, S., et al. NIR-II fluorescence/photoacoustic imaging of ovarian cancer and peritoneal metastasis. Nano Research. 15 (10), 9183-9191 (2022).
  19. Liu, Y., et al. Novel Cd-Mof NIR-II fluorophores for gastric ulcer imaging. Chinese Chemical Letters. 32 (10), 3061-3065 (2021).
  20. Lin, J., et al. Novel near-infrared II aggregation-induced emission dots for in vivo bioimaging. Chemical Science. 10 (4), 1219-1226 (2018).
  21. Li, Y., et al. Small-molecule fluorophores for near-infrared IIb imaging and image-guided therapy of vascular diseases. CCS Chemistry. 4 (12), 3735-3750 (2022).
  22. Li, Y., et al. Novel NIR-II organic fluorophores for bioimaging beyond 1550 nm. Chemical Science. 11 (10), 2621-2626 (2020).
  23. Li, Y., et al. Organic NIR-II dyes with ultralong circulation persistence for image-guided delivery and therapy. Journal of Controlled Release. 342, 157-169 (2022).
  24. Li, Y., et al. Self-assembled NIR-II fluorophores with ultralong blood circulation for cancer imaging and image-guided surgery. Journal of Medicinal Chemistry. 65 (3), 2078-2090 (2022).
  25. Li, Q., et al. Novel small-molecule fluorophores for in vivo NIR-IIa and NIR-IIb imaging. Chemical Communications. 56 (22), 3289-3292 (2020).
  26. Li, J., et al. Recent advances in the development of NIR-II organic emitters for biomedicine. Coordination Chemistry Reviews. 415, 213318 (2020).
  27. Li, J., et al. long-fluorescence-lifetime dyes for deep-near-infrared bioimaging. Journal of the American Chemical Society. 144 (31), 14351-14362 (2022).
  28. Li, C., Chen, G., Zhang, Y., Wu, F., Wang, Q. Advanced fluorescence imaging technology in the near-infrared-II window for biomedical applications. Journal of the American Chemical Society. 142 (35), 14789-14804 (2020).
  29. Li, B., Lin, J., Huang, P., Chen, X. Near-infrared probes for luminescence lifetime imaging. Nanotheranostics. 6 (1), 91-102 (2022).
  30. Lei, Z., Zhang, F. Molecular engineering of NIR-II fluorophores for improved biomedical detection. Angewandte Chemie International Edition. 60 (30), 16294-16308 (2021).
  31. He, S., Song, J., Qu, J., Cheng, Z. Crucial breakthrough of second near-infrared biological window fluorophores: design and synthesis toward multimodal imaging and theranostics. Chemical Society Reviews. 47 (12), 4258-4278 (2018).
  32. Guo, P., et al. Standardized rat coronary ring preparation and real-time recording of dynamic tension changes along vessel diameter. Journal of Visualized Experiments. (184), e64121 (2022).
  33. Wang, X., et al. Salidroside, a phenyl ethanol glycoside from rhodiola crenulata, orchestrates hypoxic mitochondrial dynamics homeostasis by stimulating Sirt1/P53/Drp1 signaling. Journal of Ethnopharmacology. 293, 115278 (2022).
  34. Ji, A., et al. Acceptor engineering for NIR-II dyes with high photochemical and biomedical performance. Nature Communications. 13 (1), 3815 (2022).
  35. Hou, Y., et al. Salidroside intensifies mitochondrial function of CoCl2-damaged Ht22 cells by stimulating Pi3k-Akt-Mapk signaling pathway. Phytomedicine. , (2022).
  36. Jiang, Y., Pu, K. Molecular probes for autofluorescence-free optical imaging. Chemical Reviews. 121 (21), 13086-13131 (2021).

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चिकित्सा अंक 193
संवहनी और ट्यूमर इमेजिंग के लिए एक उज्ज्वल एनआईआर -द्वितीय फ्लोरेसेंस जांच
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Li, Y., Qiao, X., Hong, X. A Bright… More

Li, Y., Qiao, X., Hong, X. A Bright NIR-II Fluorescence Probe for Vascular and Tumor Imaging. J. Vis. Exp. (193), e64875, doi:10.3791/64875 (2023).

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