JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
自动翻译
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
医学

مسبار مضان ساطع NIR-II لتصوير الأوعية الدموية والأورام

Published: March 17, 2023
doi:
10.3791/64875
, ,
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

Summary

يصف هذا البروتوكول عملية تصوير مضان NIR-II مفصلة في الوقت الحقيقي لفأر باستخدام جهاز تصوير بصري NIR-II.

Abstract

كتقنية تصوير ناشئة ، فإن التصوير الفلوري القريب من الأشعة تحت الحمراء II (NIR-II ، 1000-1700 نانومتر) له إمكانات كبيرة في المجال الطبي الحيوي ، نظرا لحساسيته العالية ، واختراق الأنسجة العميقة ، والتصوير الفائق بدقة مكانية وزمانية. ومع ذلك ، فإن طريقة تسهيل تنفيذ التصوير الفلوري NIR-II لبعض المجالات التي تمس الحاجة إليها ، مثل العلوم الطبية والصيدلة ، قد حيرت الباحثين المعنيين. يصف هذا البروتوكول بالتفصيل تطبيقات البناء والتصوير الحيوي للمسبار الجزيئي الفلوري NIR-II ، HLY1 ، مع هيكل عظمي D-A-D (مانح – متقبل – مانح). أظهر HLY1 خصائص بصرية جيدة وتوافقا حيويا. علاوة على ذلك ، تم إجراء تصوير الأوعية الدموية والأورام NIR-II في الفئران باستخدام جهاز التصوير البصري NIR-II. تم الحصول على صور مضان عالية الدقة NIR-II في الوقت الفعلي لتوجيه الكشف عن الأورام وأمراض الأوعية الدموية. من إعداد المسبار إلى الحصول على البيانات ، تم تحسين جودة التصوير بشكل كبير ، وتم ضمان صحة المجسات الجزيئية NIR-II لتسجيل البيانات في التصوير داخل الجسم.

Introduction

التصوير الفلوري هو أداة التصوير الجزيئي شائعة الاستخدام في الأبحاث الأساسية ، وغالبا ما يستخدم أيضا لتوجيه استئصال الورم الجراحي في العيادات1. المبدأ الأساسي للتصوير الفلوري هو استخدام كاميرا لتلقي التألق المنبعث من الليزر بعد تشعيع العينات (الأنسجة والأعضاء وما إلى ذلك) 2. اكتمال العملية في غضون بضعة أجزاء من الثانية3. يمكن تقسيم الأطوال الموجية للتصوير الفلوري إلى الأشعة فوق البنفسجية (200-400 نانومتر) ، والمنطقة المرئية (400-700 نانومتر) ، والأشعة تحت الحمراء القريبة I (NIR-I ، 700-900 نانومتر) ، والأشعة تحت الحمراء القريبة II (NIR-II ، 1000-1700 نانومتر)4،5،6. نظرا لأن الجزيئات الداخلية مثل الهيموجلوبين والميلانين والديوكسي هيموغلوبين والبيليروبين في الأنسجة البيولوجية لها امتصاص قوي وتأثير تشتت على الضوء في المناطق المرئية ، يتم تقليل تغلغل الضوء وحساسيته بشكل كبير ، ويتأثر التصوير الفلوري في الأطوال الموجية للضوء المرئي سلبا7،8،9.

يتميز التصوير الفلوري NIR-II بامتصاص منخفض للفوتون وتشتيته ، وسرعة تصوير عالية ، وتباين صورة عالي (أو حساسية) 10,11. مع زيادة الطول الموجي الفلوري ، ينخفض امتصاص وتشتت التألق في الأنسجة البيولوجية تدريجيا ، ويكون التألق التلقائي في منطقة NIR-II منخفضا للغاية12. وبالتالي ، فإن نافذة NIR-II تزيد بشكل كبير من عمق تغلغل الأنسجة وتحصل على دقة أعلى ونسبة إشارة إلى ضوضاء13،14،15. يمكن تقسيم نافذة NIR-II إلى نوافذ NIR-IIa (1300-1400 نانومتر) و NIR-lIb (1500-1700 نانومتر)16. حتى الآن ، تم الإبلاغ عن العديد من المواد البارزة NIR-II ، بما في ذلك الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار للمواد غير العضوية ، والجسيمات النانوية الأرضية النادرة ، والنقاط الكمومية ، والجسيمات النانوية لبوليمر أشباه الموصلات للمواد العضوية ، والأصباغ ذات الجزيئات الصغيرة ، والمواد المضيئة التي يسببها التجميع ، إلخ. 1,17,18,19,20,21,22. تتراكم المواد النانوية غير العضوية بسهولة في الكبد والطحال وما إلى ذلك ، ولها سمية حيوية محتملة على المدىالطويل 23. يتميز الفلوروفور العضوي ذو الجزيئات الصغيرة بمزايا التمثيل الغذائي السريع ، والسمية المنخفضة ، والتعديل السهل ، والبنية الواضحة ، وهو أكثر مسبار واعد للاستخدام السريري24.

يعد نظام التصوير البصري NIR-II أيضا مكونا مهما في التصوير الحيوي الفلوري لأنه يمكنه جمع إشارات مضان NIR-II بشكل فعال من مسبار NIR-II ، مما يجعل الصور الوظيفية والتشريحية والجزيئية الدقيقة25,26. يتكون نظام التصوير NIR-II بشكل أساسي من كاميرات الأشعة تحت الحمراء على الموجات القصيرة ومرشحات التمرير الطويل (LP) والليزر ومعالجات الكمبيوتر. في الجسم الحي يعتبر التصوير الفلوري NIR-II أحد أكثر طرق التصوير جدوى لتوضيح آليات الأمراض وطبيعة الحياة27،28،29. تم استخدام تقنية التصوير NIR-II على نطاق واسع في المجالات الطبية الحيوية مثل اكتشاف الخلايا السرطانية ، والتصوير الديناميكي ، والتتبع المستهدف في الجسم الحي ، والعلاج الموجه ، خاصة في أبحاث الأورام30,31. ومع ذلك ، بالنظر إلى المتطلبات التقنية العالية لتكنولوجيا التصوير NIR-II على مجسات وأدوات التصوير ، فإنها تحير وتقيد الاستخدام العملي للباحثين في مختلف المجالات. لذلك ، يتم تقديم إعداد مجسات التصوير NIR-II وتطبيقات التصوير NIR-II بالتفصيل في هذه المقالة.

Protocol

أجريت التجارب على الحيوانات لدراسات التصوير NIR-II في مركز التجارب الحيوانية بجامعة ووهان ، والذي حصل على الرابطة الدولية لرعاية التجارب (AALAC). أجريت جميع الدراسات على الحيوانات وفقا لإرشادات لجنة رعاية الحيوان الصينية لرعاية واستخدام التجارب ووافقت عليها لجنة رعاية واستخدام الحيوان (IACUC) ا…

Representative Results

تم تحديد كثافة الفلورسنت وسطوع نقاط HLY1 المعلقة بالماء بواسطة أداة تصوير NIR-II. كانت شدة الفلورسنت ل HLY1 في خليط 90٪ fwTHF / H2O خمسة أضعاف تلك الموجودة في محلول THF ، مما يشير إلى ميزة AIE البارزة ل HLY1 (الشكل 1B). علاوة على ذلك ، تنبعث نقاط HLY1 من إشارات الفلورسنت القوية تح?…

Discussion

يمكن استخدام التصوير الفلوري NIR-I إلى حد ما لتصوير الورم والأوعية الدموية ، ولكن نظرا للطول الموجي الأقصى المحدود للانبعاث لفلوروفورات NIR-I (<900 نانومتر) ، فإنه يؤدي إلى ضعف تغلغل الأنسجة ونسبة خلفية إشارة الورم33,34. قد تتسبب دقة التصوير الضعيفة والمنخفضة في حد?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل جزئيا بمنح من NSFC (82273796 ، 82111530209) ، والصناديق الخاصة لتوجيه تطوير العلوم والتكنولوجيا المحلية للحكومة المركزية (XZ202202YD0021C ، XZ202102YD0033C ، XZ202001YD0028C) ، مشروع الابتكار العلمي والتقني لمقاطعة هوبي (2020BAB058) ، وصناديق البحوث الأساسية للجامعات المركزية ، وبرامج الوقاية من COVID-19 ومكافحتها في منطقة التبت ذاتية الحكم لتطوير العلوم والتكنولوجيا.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Keywords: NIR-II Fluorescence ProbeVascular ImagingTumor ImagingNIR-II WindowHLY1 DyeDSPE-PEG-2KNanoprecipitationAggregation-induced Emission (AIE)In Vivo ImagingOptical NIR-II Imaging System
check_url/cn/64875?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image