Detta protokoll beskriver en detaljerad NIR-II-fluorescensavbildning i realtid av en mus med hjälp av en NIR-II-optikavbildningsenhet.
Som en framväxande bildteknik har nära infraröd II (NIR-II, 1000-1700 nm) fluorescensavbildning betydande potential inom det biomedicinska området på grund av dess höga känslighet, djupa vävnadspenetration och överlägsen avbildning med rumslig och tidsmässig upplösning. Metoden för att underlätta implementeringen av NIR-II-fluorescensavbildning för vissa brådskande områden, såsom medicinsk vetenskap och farmaci, har dock förbryllat relevanta forskare. Detta protokoll beskriver i detalj konstruktion och bioimaging-tillämpningar av en NIR-II-fluorescensmolekylär sond, HLY1, med ett D-A-D (donor-acceptor-donor) skelett. HLY1 visade goda optiska egenskaper och biokompatibilitet. Vidare utfördes NIR-II vaskulär och tumöravbildning hos möss med hjälp av en NIR-II-optikavbildningsanordning. Högupplösta NIR-II-fluorescensbilder i realtid förvärvades för att vägleda detektering av tumörer och kärlsjukdomar. Från probberedning till datainsamling förbättras bildkvaliteten avsevärt och äktheten hos NIR-II-molekylära sonder för dataregistrering i intravital avbildning säkerställs.
Fluorescensavbildning är det vanligaste molekylära avbildningsverktyget inom grundforskningen, och används också ofta för att vägleda kirurgisk tumörresektion i klinik1. Den väsentliga principen för fluorescensavbildning är att använda en kamera för att ta emot fluorescens som emitteras av en laser efter bestrålning av prover (vävnader, organ etc.) 2. Processen är klar inom några millisekunder3. Våglängderna för fluorescensavbildning kan delas in i ultraviolett (200-400 nm), synligt område (400-700 nm), nära infrarött I (NIR-I, 700-900 nm) och nära infrarött II (NIR-II, 1000-1700 nm)4,5,6. Eftersom de endogena molekylerna såsom hemoglobin, melanin, deoxihemoglobin och bilirubin i biologiska vävnader har stark absorption och en spridande effekt på ljuset i synliga områden, reduceras ljusets penetration och känslighet kraftigt och fluorescensavbildningen i synliga ljusvåglängder påverkas negativt 7,8,9.
NIR-II-fluorescensavbildning har låg fotonabsorption och -spridning, hög bildhastighet och hög bildkontrast (eller känslighet)10,11. När fluorescensvåglängden ökar minskar absorptionen och spridningen av fluorescens i biologiska vävnader gradvis, och autofluorescensen i NIR-II-regionen är extremt låg12. Således ökar NIR-II-fönstret signifikant penetrationsdjupet hos vävnader och erhåller en högre upplösning och signal-brusförhållande13,14,15. NIR-II-fönstret kan vidare delas in i NIR-IIa (1300-1400 nm) och NIR-lIb (1500-1700 nm) windows16. Hittills har flera milstolpar NIR-II-material rapporterats, inklusive oorganiska material enkelväggiga kolnanorör, sällsynta jordartsmetallnanopartiklar, kvantprickar och organiska halvledarpolymernanopartiklar, småmolekylära färgämnen, aggregeringsinducerade självlysande material etc. 1,17,18,19,20,21,22. Oorganiska nanomaterial ackumuleras lätt i levern, mjälten osv. och har potentiell långsiktig biotoxicitet23. Organisk småmolekylär fluorofor har fördelarna med snabb metabolism, låg toxicitet, enkel modifiering och en tydlig struktur, vilket är den mest lovande sonden för klinisk användning24.
NIR-II-optikavbildningssystemet är också en kritisk komponent i fluorescensbioimaging eftersom det effektivt kan samla in NIR-II-fluorescenssignaler från NIR-II-sonden, vilket ger exakta funktionella, anatomiska och molekylära bilder25,26. NIR-II-bildsystemet består huvudsakligen av kortvågiga infraröda kameror, långpassfilter (LP), lasrar och datorprocessorer. In vivo NIR-II fluorescerande avbildning anses vara en av de mest genomförbara avbildningsmetoderna för att belysa mekanismerna för sjukdomar och livets natur27,28,29. NIR-II-bildteknik har använts i stor utsträckning inom biomedicinska områden som detektering av cancerceller, dynamisk avbildning, in vivo-riktad spårning och riktad terapi, särskilt inom onkologiforskning30,31. Men med tanke på de höga tekniska kraven på NIR-II-bildteknik på bildprober och instrument, förbryllar och begränsar det också den praktiska användningen av forskare inom olika områden. Därför introduceras beredningen av NIR-II-avbildningsprober och tillämpningarna av NIR-II-avbildning i detalj i denna artikel.
NIR-I fluorescerande avbildning kan användas i viss utsträckning för tumör- och vaskulär avbildning, men på grund av den begränsade maximala emissionsvåglängden för NIR-I-fluoroforer (<900 nm) resulterar det i dålig vävnadspenetration och tumörsignalens bakgrundsförhållande33,34. Dålig och låg bildupplösning kan orsaka en avvikelse mellan resultatet av avbildningsåterkopplingsbehandlingen och den faktiska terapeutiska effekten. Dessutom har de …
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes delvis av bidrag från NSFC (82273796, 82111530209), Särskilda fonder för att vägleda lokal vetenskaplig och teknisk utveckling av staten (XZ202202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), Hubei-provinsens vetenskapliga och tekniska innovationsnyckelprojekt (2020BAB058), grundforskningsfonderna för de centrala universiteten och Tibet Autonomous Region COVID-19 förebyggande och kontrollprogram för vetenskap och teknikutveckling.
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 |