הפרוטוקול הנוכחי מתאר פעולת הדמיה פלואורסצנטית מפורטת בזמן אמת של עכבר באמצעות מכשיר הדמיה אופטי NIR-II.
כטכנולוגיית הדמיה מתפתחת, לדימות פלואורסצנטי אינפרא אדום קרוב II (NIR-II, 1000-1700 ננומטר) יש פוטנציאל משמעותי בתחום הביו-רפואי, בשל רגישותו הגבוהה, חדירת רקמות עמוקות והדמיה מעולה ברזולוציה מרחבית וזמנית. עם זאת, השיטה להקל על יישום הדמיה פלואורסצנטית NIR-II עבור כמה תחומים הדרושים בדחיפות, כגון מדעי הרפואה ורוקחות, הפתיעה חוקרים רלוונטיים. פרוטוקול זה מתאר בפירוט את יישומי הבנייה וההדמיה הביולוגית של בדיקה מולקולרית פלואורסצנטית NIR-II, HLY1, עם שלד D-A-D (תורם-מקבל-תורם). HLY1 הראה תכונות אופטיות טובות ותאימות ביולוגית. כמו כן, הדמיית כלי דם וגידולים NIR-II בעכברים בוצעה באמצעות מכשיר הדמיה אופטי NIR-II. תמונות פלואורסצנטיות מסוג NIR-II ברזולוציה גבוהה בזמן אמת נרכשו כדי להנחות את הזיהוי של גידולים ומחלות כלי דם. החל מהכנת הגשושית ועד לאיסוף הנתונים, איכות ההדמיה משתפרת מאוד, ומובטחת האותנטיות של הגשושיות המולקולריות NIR-II לרישום נתונים בהדמיה תוך-חיונית.
דימות פלואורסצנטי הוא כלי הדמיה מולקולרית נפוץ במחקר בסיסי, והוא משמש לעתים קרובות גם כדי להנחות כריתה כירורגית של גידול במרפאות1. העיקרון המהותי של הדמיה פלואורסצנטית הוא להשתמש במצלמה כדי לקבל פלואורסצנטיות הנפלטת על ידי לייזר לאחר הקרנה של דגימות (רקמות, איברים וכו ‘) 2. התהליך מסתיים תוך מספר אלפיות שנייה3. ניתן לחלק את אורכי הגל של הדמיה פלואורסצנטית לאולטרה סגול (200-400 ננומטר), אזור נראה (400-700 ננומטר), אינפרא אדום קרוב I (NIR-I, 700-900 ננומטר) ואינפרא אדום קרוב II (NIR-II, 1000-1700 ננומטר)4,5,6. מכיוון שלמולקולות אנדוגניות כגון המוגלובין, מלנין, דאוקסיהמוגלובין ובילירובין ברקמות ביולוגיות יש בליעה חזקה ואפקט פיזור על האור באזורים גלויים, החדירה והרגישות של האור מופחתות מאוד, וההדמיה הפלואורסצנטית באורכי גל של אור נראה מושפעת לרעה 7,8,9.
לדימות פלואורסצנטי NIR-II יש בליעה ופיזור פוטונים נמוכים, מהירות הדמיה גבוהה וניגודיות (או רגישות) גבוהה בתמונה10,11. ככל שאורך הגל הפלואורסצנטי עולה, הבליעה והפיזור של הפלואורסצנטיות ברקמות ביולוגיות פוחתים בהדרגה, והפלואורסצנטיות האוטומטית באזור NIR-II נמוכה ביותר12. לפיכך, חלון NIR-II מגדיל משמעותית את עומק החדירה של רקמות ומשיג רזולוציה גבוהה יותר ויחס אות לרעש13,14,15. ניתן לחלק את חלון NIR-II לחלונות NIR-IIa (1300-1400 ננומטר) ו- NIR-lIb (1500-1700 ננומטר)16. עד כה, דווח על מספר אבני דרך של חומרי NIR-II, כולל ננו-צינוריות פחמן חד-דפנות של חומר אנאורגני, ננו-חלקיקי אדמה נדירים, נקודות קוונטיות, וחלקיקי פולימר מוליכים למחצה של חומר אורגני, צבעי מולקולות קטנות, חומרים זוהרים המושרים על ידי צבירה ועוד. 1,17,18,19,20,21,22. ננו-חומרים אנאורגניים נצברים בקלות בכבד, בטחול וכו’, ויש להם פוטנציאל לרעילות ביולוגית ארוכת טווח23. לפלואורופור אורגני של מולקולות קטנות יש את היתרונות של חילוף חומרים מהיר, רעילות נמוכה, שינוי קל ומבנה ברור, שהוא הבדיקה המבטיחה ביותר לשימוש קליני24.
מערכת ההדמיה האופטית NIR-II היא גם מרכיב קריטי בדימות ביולוגי פלואורסצנטי מכיוון שהיא יכולה לאסוף ביעילות אותות פלואורסצנטיים NIR-II מהגשושית NIR-II, ובכך להפוך תמונות תפקודיות, אנטומיות ומולקולריות מדויקות25,26. מערכת ההדמיה NIR-II כוללת בעיקר מצלמות אינפרא אדום בגלים קצרים, מסנני מעבר ארוך (LP), לייזרים ומעבדי מחשב. In vivo הדמיה פלואורסצנטית NIR-II נחשבת לאחת מגישות ההדמיה הישימות ביותר להבהרת מנגנוני מחלות ואופי החיים27,28,29. טכנולוגיית הדמיה NIR-II נמצאת בשימוש נרחב בתחומים ביו-רפואיים כגון גילוי תאים סרטניים, הדמיה דינמית, מעקב ממוקד in vivo וטיפול ממוקד, במיוחד במחקר אונקולוגי30,31. עם זאת, בהתחשב בדרישות הטכניות הגבוהות של טכנולוגיית הדמיה NIR-II על גשושיות ומכשירי הדמיה, היא גם תמוהה ומגבילה את השימוש המעשי של חוקרים בתחומים שונים. לכן, הכנת בדיקות הדמיה NIR-II והיישומים של הדמיה NIR-II מוצגים בפירוט במאמר זה.
הדמיה פלואורסצנטית NIR-I יכולה לשמש במידה מסוימת להדמיית גידולים וכלי דם, אך בשל אורך גל הפליטה המרבי המוגבל של פלואורופורים NIR-I (<900 ננומטר), התוצאה היא חדירה לקויה של רקמות ויחס רקע אות הגידול33,34. רזולוציית הדמיה ירודה ונמוכה עלולה לגרום לסטייה בין תוצאת הטיפ?…
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה חלקית על ידי מענקים מ- NSFC (82273796, 82111530209), קרנות מיוחדות להנחיית פיתוח מדעי וטכנולוגי מקומי של הממשל המרכזי (XZ202202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), פרויקט מפתח לחדשנות מדעית וטכנית במחוז חוביי (2020BAB058), קרנות המחקר הבסיסיות לאוניברסיטאות המרכזיות ותוכניות המניעה והבקרה של COVID-19 באזור האוטונומי טיבט לפיתוח מדע וטכנולוגיה.
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 |