Denne protokol beskriver en detaljeret, real-time NIR-II fluorescens imaging operation af en mus ved hjælp af en NIR-II optik billeddannelse enhed.
Som en ny billeddannelsesteknologi har nær-infrarød II (NIR-II, 1000-1700 nm) fluorescensbilleddannelse et betydeligt potentiale på det biomedicinske område på grund af dets høje følsomhed, dybe vævsindtrængning og overlegen billeddannelse med rumlig og tidsmæssig opløsning. Metoden til at lette implementeringen af NIR-II-fluorescensbilleddannelse til nogle presserende nødvendige områder, såsom medicinsk videnskab og farmaci, har imidlertid undret relevante forskere. Denne protokol beskriver detaljeret konstruktionen og bioimaging anvendelser af en NIR-II fluorescens molekylær sonde, HLY1, med et D-A-D (donor-acceptor-donor) skelet. HLY1 viste gode optiske egenskaber og biokompatibilitet. Desuden blev NIR-II vaskulær og tumorbilleddannelse hos mus udført ved hjælp af en NIR-II optisk billeddannelsesenhed. NIR-II-fluorescensbilleder i realtid i høj opløsning blev erhvervet for at guide påvisning af tumorer og vaskulære sygdomme. Fra sondeforberedelse til dataindsamling forbedres billedkvaliteten betydeligt, og ægtheden af NIR-II-molekylære sonder til dataregistrering i intravital billeddannelse sikres.
Fluorescensbilleddannelse er det almindeligt anvendte molekylære billeddannelsesværktøj i grundforskning og bruges også ofte til at guide kirurgisk tumorresektion i klinikker1. Det grundlæggende princip for fluorescensbilleddannelse er at anvende et kamera til at modtage fluorescens udsendt af en laser efter bestråling af prøver (væv, organer osv.) 2. Processen afsluttes inden for få millisekunder3. Fluorescensbilleddannelsesbølgelængderne kan opdeles i ultraviolet (200-400 nm), synligt område (400-700 nm), nær-infrarød I (NIR-I, 700-900 nm) og nær-infrarød II (NIR-II, 1000-1700 nm)4,5,6. Fordi de endogene molekyler såsom hæmoglobin, melanin, deoxyhemoglobin og bilirubin i biologiske væv har stærk absorption og en spredningseffekt på lyset i synlige områder, reduceres lysets penetration og følsomhed kraftigt, og fluorescensbilleddannelse i synlige lysbølgelængder påvirkes negativt 7,8,9.
NIR-II fluorescensbilleddannelse har lav fotonabsorption og spredning, høj billedhastighed og høj billedkontrast (eller følsomhed)10,11. Når fluorescensbølgelængden øges, falder absorptionen og spredningen af fluorescens i biologiske væv gradvist, og autofluorescensen i NIR-II-regionen er ekstremt lav12. Således øger NIR-II-vinduet signifikant penetrationsdybden af væv og opnår en højere opløsning og signal-støj-forhold13,14,15. NIR-II-vinduet kan yderligere opdeles i NIR-IIa (1300-1400 nm) og NIR-lIb (1500-1700 nm) vinduer16. Til dato er der rapporteret flere milepæle NIR-II-materialer, herunder uorganisk materiale enkeltvæggede kulstofnanorør, sjældne jordarters nanopartikler, kvantepunkter og organiske materiale halvlederpolymernanopartikler, småmolekylefarvestoffer, aggregeringsinducerede selvlysende materialer osv. 1,17,18,19,20,21,22. Uorganiske nanomaterialer akkumuleres let i leveren, milten osv. og har potentiel biotoksicitet på lang sigt23. Organisk småmolekylefluorofor har fordelene ved hurtig metabolisme, lav toksicitet, let modifikation og en klar struktur, som er den mest lovende sonde til klinisk brug24.
NIR-II-billeddannelsessystemet er også en kritisk komponent i fluorescensbiobilleddannelse, fordi det effektivt kan indsamle NIR-II-fluorescenssignaler fra NIR-II-sonden og dermed gengive præcise funktionelle, anatomiske og molekylære billeder25,26. NIR-II-billedbehandlingssystemet består hovedsageligt af kortbølgede infrarøde kameraer, langpasfiltre (LP), lasere og computerprocessorer. In vivo NIR-II fluorescerende billeddannelse betragtes som en af de mest gennemførlige billeddannelsesmetoder til belysning af sygdomsmekanismer og livets natur27,28,29. NIR-II-billeddannelsesteknologi er blevet brugt i vid udstrækning inden for biomedicinske områder såsom kræftcelledetektion, dynamisk billeddannelse, in vivo målrettet sporing og målrettet terapi, især inden for onkologisk forskning30,31. I betragtning af de høje tekniske krav til NIR-II-billeddannelsesteknologi på billedsonder og instrumenter pusler og begrænser det også den praktiske anvendelse af forskere på forskellige områder. Derfor introduceres forberedelsen af NIR-II-billeddannelsessonder og anvendelserne af NIR-II-billeddannelse detaljeret i denne artikel.
NIR-I fluorescerende billeddannelse kan til en vis grad anvendes til tumor- og vaskulær billeddannelse, men på grund af den begrænsede maksimale emissionsbølgelængde af NIR-I-fluoroforer (<900 nm) resulterer det i dårlig vævspenetration og tumorsignalbaggrundsforhold33,34. Dårlig og lav billedopløsning kan forårsage en afvigelse mellem resultatet af billedfeedbackbehandlingen og den faktiske terapeutiske effekt. Derudover har de fleste NIR-I-fluoroforer…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev delvist støttet af tilskud fra NSFC (82273796, 82111530209), Special Funds for Guiding Local Science and Technology Development of Central Government (XZ202202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), Hubei-provinsens videnskabelige og tekniske innovationsnøgleprojekt (2020BAB058), grundforskningsmidlerne til de centrale universiteter og Tibet autonome region COVID-19 forebyggelses- og kontrolprogrammer for videnskab og teknologiudvikling.
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 |