Una sonda de fluorescencia NIR-II brillante para imágenes vasculares y tumorales
Summary
El presente protocolo describe una operación detallada de imágenes de fluorescencia NIR-II en tiempo real de un ratón utilizando un dispositivo de imágenes ópticas NIR-II.
Abstract
Como tecnología de imagen emergente, las imágenes de fluorescencia de infrarrojo cercano II (NIR-II, 1000-1700 nm) tienen un potencial significativo en el campo biomédico, debido a su alta sensibilidad, penetración de tejido profundo e imágenes superiores con resolución espacial y temporal. Sin embargo, el método para facilitar la implementación de imágenes de fluorescencia NIR-II para algunos campos urgentemente necesarios, como la ciencia médica y la farmacia, ha desconcertado a los investigadores relevantes. Este protocolo describe en detalle la construcción y las aplicaciones de bioimagen de una sonda molecular de fluorescencia NIR-II, HLY1, con un esqueleto D-A-D (donante-aceptor-donante). HLY1 mostró buenas propiedades ópticas y biocompatibilidad. Además, las imágenes vasculares y tumorales NIR-II en ratones se realizaron utilizando un dispositivo de imágenes ópticas NIR-II. Se adquirieron imágenes de fluorescencia NIR-II de alta resolución en tiempo real para guiar la detección de tumores y enfermedades vasculares. Desde la preparación de la sonda hasta la adquisición de datos, la calidad de la imagen se mejora considerablemente y se garantiza la autenticidad de las sondas moleculares NIR-II para el registro de datos en imágenes intravitales.
Introduction
La imagen de fluorescencia es la herramienta de imagen molecular comúnmente utilizada en la investigación básica, y también se usa a menudo para guiar la resección quirúrgica del tumor en las clínicas1. El principio esencial de las imágenes de fluorescencia es emplear una cámara para recibir la fluorescencia emitida por un láser después de la irradiación de muestras (tejidos, órganos, etc.) 2. El proceso se completa en unos pocos milisegundos3. Las longitudes de onda de las imágenes de fluorescencia se pueden dividir en ultravioleta (200-400 nm), región visible (400-700 nm), infrarrojo cercano I (NIR-I, 700-900 nm) e infrarrojo cercano II (NIR-II, 1000-1700 nm)4,5,6. Debido a que las moléculas endógenas como la hemoglobina, la melanina, la desoxihemoglobina y la bilirrubina en los tejidos biológicos tienen una fuerte absorción y un efecto de dispersión sobre la luz en las regiones visibles, la penetración y la sensibilidad de la luz se reducen considerablemente, y la imagen de fluorescencia en longitudes de onda de luz visible se ve afectada negativamente 7,8,9.
Las imágenes de fluorescencia NIR-II tienen baja absorción y dispersión de fotones, alta velocidad de imagen y alto contraste (o sensibilidad) de imagen10,11. A medida que aumenta la longitud de onda de la fluorescencia, la absorción y dispersión de la fluorescencia en los tejidos biológicos disminuye gradualmente, y la autofluorescencia en la región NIR-II es extremadamente baja12. Así, la ventana NIR-II aumenta significativamente la profundidad de penetración de los tejidos y obtiene una mayor resolución y relación señal-ruido13,14,15. La ventana NIR-II se puede subdividir en las ventanas NIR-IIa (1300-1400 nm) y NIR-lIb (1500-1700 nm)16. Hasta la fecha, se han reportado varios materiales NIR-II importantes, incluidos nanotubos de carbono de pared simple de material inorgánico, nanopartículas de tierras raras, puntos cuánticos y nanopartículas de polímeros semiconductores de material orgánico, colorantes de moléculas pequeñas, materiales luminiscentes inducidos por agregación, etc. 1,17,18,19,20,21,22. Los nanomateriales inorgánicos se acumulan fácilmente en el hígado, el bazo, etc., y tienen una biotoxicidad potencial a largo plazo23. El fluoróforo orgánico de molécula pequeña tiene las ventajas de metabolismo rápido, baja toxicidad, fácil modificación y una estructura clara, que es la sonda más prometedora para uso clínico24.
El sistema de imágenes ópticas NIR-II también es un componente crítico de la bioimagen de fluorescencia porque puede recolectar eficazmente señales de fluorescencia NIR-II de la sonda NIR-II, lo que genera imágenes funcionales, anatómicas y moleculares precisas25,26. El sistema de imágenes NIR-II comprende principalmente cámaras infrarrojas de onda corta, filtros de paso largo (LP), láseres y procesadores de computadora. In vivo La imagen fluorescente NIR-II es considerada uno de los enfoques de imagen más factibles para dilucidar los mecanismos de las enfermedades y la naturaleza de la vida27,28,29. La tecnología de imagen NIR-II ha sido ampliamente utilizada en campos biomédicos como la detección de células cancerosas, imágenes dinámicas, rastreo dirigido in vivo y terapia dirigida, especialmente en investigación oncológica30,31. Sin embargo, teniendo en cuenta los altos requisitos técnicos de la tecnología de imágenes NIR-II en sondas e instrumentos de imágenes, también desconcierta y restringe el uso práctico de los investigadores en diferentes campos. Por lo tanto, la preparación de sondas de imagen NIR-II y las aplicaciones de imágenes NIR-II se presentan en detalle en este artículo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las imágenes fluorescentes NIR-I se pueden usar hasta cierto punto para imágenes tumorales y vasculares, pero debido a la longitud de onda de emisión máxima limitada de los fluoróforos NIR-I (<900 nm), da como resultado una penetración tisular deficiente y una relación de fondo de señal tumoral33,34. La resolución de imágenes deficiente y baja puede causar una desviación entre el resultado del tratamiento de retroalimentación de imágenes y el efecto …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue parcialmente apoyado por subvenciones de NSFC (82273796, 82111530209), Fondos especiales para guiar el desarrollo local de ciencia y tecnología del gobierno central (XZ202202YD0021C, XZ202102YD0033C, XZ202001YD0028C), Proyecto clave de innovación científica y técnica de la provincia de Hubei (2020BAB058), los Fondos de Investigación Fundamental para las Universidades Centrales y los Programas de Prevención y Control COVID-19 de la Región Autónoma del Tíbet para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología.
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 |
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