Une sonde de fluorescence NIR-II brillante pour l’imagerie vasculaire et tumorale

Summary

Le présent protocole décrit une opération détaillée d’imagerie par fluorescence NIR-II en temps réel d’une souris à l’aide d’un dispositif d’imagerie optique NIR-II.

Abstract

En tant que technologie d’imagerie émergente, l’imagerie par fluorescence proche infrarouge II (NIR-II, 1000-1700 nm) présente un potentiel important dans le domaine biomédical, en raison de sa sensibilité élevée, de sa pénétration des tissus profonds et de son imagerie supérieure avec une résolution spatiale et temporelle. Cependant, la méthode visant à faciliter la mise en œuvre de l’imagerie par fluorescence NIR-II pour certains domaines urgents, tels que les sciences médicales et la pharmacie, a intrigué les chercheurs concernés. Ce protocole décrit en détail les applications de construction et de bioimagerie d’une sonde moléculaire de fluorescence NIR-II, HLY1, avec un squelette D-A-D (donneur-accepteur-donneur). HLY1 a montré de bonnes propriétés optiques et biocompatibilité. De plus, l’imagerie vasculaire et tumorale NIR-II chez la souris a été réalisée à l’aide d’un dispositif d’imagerie optique NIR-II. Des images de fluorescence NIR-II haute résolution en temps réel ont été acquises pour guider la détection des tumeurs et des maladies vasculaires. De la préparation de la sonde à l’acquisition des données, la qualité de l’imagerie est grandement améliorée et l’authenticité des sondes moléculaires NIR-II pour l’enregistrement des données en imagerie intravitale est assurée.

Introduction

L’imagerie par fluorescence est l’outil d’imagerie moléculaire couramment utilisé en recherche fondamentale, et est également souvent utilisée pour guider la résection chirurgicale de la tumeur dans les cliniques¹. Le principe essentiel de l’imagerie par fluorescence est d’utiliser une caméra pour recevoir la fluorescence émise par un laser après l’irradiation d’échantillons (tissus, organes, etc.) ². Le processus est terminé en quelques millisecondes³. Les longueurs d’onde d’imagerie de fluorescence peuvent être divisées en ultraviolet (200-400 nm), région visible (400-700 nm), proche infrarouge I (NIR-I, 700-900 nm) et proche infrarouge II (NIR-II, 1000-1700 nm)^4,5,6. Parce que les molécules endogènes telles que l’hémoglobine, la mélanine, la désoxyhémoglobine et la bilirubine dans les tissus biologiques ont une forte absorption et un effet de diffusion sur la lumière dans les régions visibles, la pénétration et la sensibilité de la lumière sont considérablement réduites, et l’imagerie de fluorescence dans les longueurs d’onde de la lumière visible est affectée^{négativement} 7,8,9.

L’imagerie par fluorescence NIR-II présente une faible absorption et diffusion des photons, une vitesse d’imagerie élevée et un contraste (ou une sensibilité) d’image ^élevé10,11. À mesure que la longueur d’onde de fluorescence augmente, l’absorption et la diffusion de la fluorescence dans les tissus biologiques diminuent progressivement, et l’autofluorescence dans la région NIR-II est extrêmement faible¹². Ainsi, la fenêtre NIR-II augmente considérablement la profondeur de pénétration des tissus et obtient une résolution et un rapport signal sur bruit plus élevés^13,14,15. La fenêtre NIR-II peut être subdivisée en fenêtres NIR-IIa (1300-1400 nm) et NIR-lIb (1500-1700 nm)¹⁶. À ce jour, plusieurs matériaux NIR-II importants ont été signalés, notamment des nanotubes de carbone à paroi simple en matériaux inorganiques, des nanoparticules de terres rares, des points quantiques et des nanoparticules de polymères semi-conducteurs de matériaux organiques, des colorants à petites molécules, des matériaux luminescents induits par agrégation, etc. 1,17,18,19,20,21,22. Les nanomatériaux inorganiques s’accumulent facilement dans le foie, la rate, etc., et peuvent être biotoxiques à long terme²³. Le fluorophore organique à petites molécules présente les avantages d’un métabolisme rapide, d’une faible toxicité, d’une modification facile et d’une structure claire, ce qui en fait la sonde la plus prometteuse pour un usage clinique²⁴.

Le système d’imagerie optique NIR-II est également un élément essentiel de la bioimagerie par fluorescence, car il peut collecter efficacement les signaux de fluorescence NIR-II de la sonde NIR-II, produisant ainsi des images fonctionnelles, anatomiques et moléculaires précises^25,26. Le système d’imagerie NIR-II comprend principalement des caméras infrarouges à ondes courtes, des filtres passe-long (LP), des lasers et des processeurs informatiques. In vivo L’imagerie fluorescente NIR-II est considérée comme l’une des approches d’imagerie les plus réalisables pour élucider les mécanismes des maladies et la nature de la vie^27,28,29. La technologie d’imagerie NIR-II a été largement utilisée dans des domaines biomédicaux tels que la détection des cellules cancéreuses, l’imagerie dynamique, le traçage ciblé in vivo et la thérapie ciblée, en particulier dans la recherche en oncologie^30,31. Cependant, compte tenu des exigences techniques élevées de la technologie d’imagerie NIR-II sur les sondes et les instruments d’imagerie, elle laisse également perplexe et restreint l’utilisation pratique des chercheurs dans différents domaines. Par conséquent, la préparation des sondes d’imagerie NIR-II et les applications de l’imagerie NIR-II sont présentées en détail dans cet article.

Protocol

Des expériences sur des animaux pour les études d’imagerie NIR-II ont été menées au Centre d’expérimentation animale de l’Université de Wuhan, qui a reçu l’Association internationale pour les soins aux animaux expérimentaux (AALAC). Toutes les études sur les animaux ont été menées conformément aux directives de la Commission chinoise du bien-être animal pour le soin et l’utilisation des animaux d’expérimentation et approuvées par le Comité de soin et d’utilisation des animaux (IACUC) du Ce…

Representative Results

L’intensité fluorescente et la luminosité des points HLY1 suspensibles dans l’eau ont été déterminées par un instrument d’imagerie NIR-II. L’intensité fluorescente de HLY1 dans le mélange THF/H2O à 90 % f w était cinq fois supérieure à celle de la solution de THF, ce qui indiquait une caractéristique AIE importante de HLY1 (figure 1B). De plus, les points HLY1 émettaient de forts signaux fluorescents sous un filtre LP de 1 500 nm, ce qui m…

Discussion

L’imagerie fluorescente NIR-I peut être utilisée dans une certaine mesure pour l’imagerie tumorale et vasculaire, mais en raison de la longueur d’onde d’émission maximale limitée des fluorophores NIR-I (<900 nm), elle entraîne une faible pénétration tissulaire et un rapport de fond du signal tumoral^33,34. Une résolution d’imagerie faible et faible peut entraîner un écart entre le résultat du traitement par rétroaction d’imagerie et l’eff…

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