近红外荧光成像

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 近日，中国科学院深圳先进技术研究院蔡林涛团队发现一类分子染料在NIR-1a和NIR-1b区域中都具有不同的荧光发射峰，并通过植物绿萝叶脉和动物脑胶质瘤模型证明NIR-Ib区域近红外荧光成像的可行性和优越性。相关研究成果以Near-infrared fluorescence imaging in the largely unexplored window of 900–1,000 nm为题，发表在Theranostics上。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　近红外荧光成像的波长主要集中在700-900 nm波段(NIR-1a)和1,000-1,700 nm波段(NIR-II)，其波段中自发荧光低、散射率小和生物组织吸收弱。近年来，尽管近红外荧光成像发展迅速，但科学家很少关注900-1000 nm(NIR-1b)区域的近红外荧光成像，一方面是因为NIR-Ib区域存在水吸收峰，科学家认为它会影响这个波段的近红外荧光成像质量，另一方面是因为目前几乎没有在NIR-1b区域荧光发射峰的分子探针。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　在该研究中，科研人员通过植物绿萝的叶脉成像和动物的脑胶质瘤成像实验评价NIR-1b区域近红外荧光成像的性能，结果表明，与NIR-Ia区域近红外荧光成像相比，NIR-1b区域近红外荧光成像能够产生更清晰的叶脉和脑胶质瘤图像。此外，研究人员设计了植物叶片和动物肌肉组织的模拟实验，利用线性光谱分离方法分析，发现在NIR-1b区域中自发荧光、散射率和生物组织对光吸收均减少，说明NIR-1b区域近红外荧光成像具有一定的优越性。这些发现拓宽了近红外荧光成像的光谱范围，对生物医学研究具有重要意义。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金研究团队、广东省纳米医药重点实验室和深圳市科创委基础研究等的资助。深圳先进院研究员蔡林涛和龚萍为论文的共同通讯作者，课题组成员邓冠军为论文的第一作者。 /p p style=" text-align: center line-height: 1.5em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/2a98611d-132f-4e61-bde9-06c89b45ae9a.jpg" title=" W020180802392944094930.png" / /p p style=" line-height: 1.5em text-align: center " 七甲川菁染料分子探针在NIR-1a和NIR-1b区域中具有不同的荧光发射峰，及其在植物绿萝叶脉成像的应用 /p p br/ /p

p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 近日，复旦大学化学系张凡教授课题组与复旦大学附属妇产科医院徐丛剑教授团队合作，利用近红外探针实现近红外二区荧光成像导航卵巢癌实体瘤和转移灶的精准切除，此方法有望在临床上用于腹腔恶性转移肿瘤的精准手术导航。7月24日，相关研究论文以《活体内自组装的近红外二区纳米探针用作增强卵巢癌转移灶的手术导航》（“NIR-II Nanoprobes in-vivo Assembly to Improve Image-guided Surgery for Metastatic Ovarian Cancer”）为题在线发表于《自然· 通讯》（Nature Communications, 2018, 9, 2898）。复旦大学化学系博士生王培园为论文第一作者。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 手术切除通常是恶性肿瘤最常见和最有效的治疗方法之一。然而外科医生触诊和目视检查并不足以确保区分恶性和正常的组织类型，因此可能导致不完全切除或健康组织不必要切除。相比于术前影像学检查及手术中视觉检查及触诊，活体荧光成像技术由于其即时性、高分辨率、高特异性等检测优势，为精准手术导航技术领域提供了较好的应用前景。传统的可见光区（400 - 750 nm）和近红外一区（NIR-I, 750 - 900 nm）荧光，由于其组织穿透深度较浅和严重的自体荧光干扰，极大地限制了荧光成像技术在腹腔以及淋巴结转移病灶在手术导航中的应用。此外，手术切除过程中需要荧光探针具有长效的肿瘤内滞留时间和光稳定性。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/b8e54b7f-2dec-4f1c-a053-3576dfab39d8.jpg" title=" 20180725复旦.jpg" / & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: left " 图1. 表面分别修饰配对DNA（L1/L2）和修饰靶向蛋白的近红外探针。对于这两种配对DNA修饰的探针采用两针注入法，通过肝脏、肾脏的快速代谢，体内正常组织的荧光信号可以降到最低；肿瘤内的探针自组装可以对肿瘤实现长达6小时的稳定标记，确保精准的手术导航。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 针对上述两个问题，张凡课题组与徐丛剑团队合作，利用近红外二区荧光探针（NIR-II, 1000 - 1700 nm）的深组织穿透和低自体荧光优势，结合化学自组装设计实现了探针在肿瘤内的长期稳定标记，极大地提高了光学成像的信噪比。初步实现了卵巢癌腹膜转移以及淋巴结转移肿瘤在荧光成像指导下精准切除（图1），为该技术的临床转化应用提供了可能。 /p p & nbsp & nbsp 该工作得到了复旦大学化学系、聚合物工程国家重点实验室、复旦大学先进材料实验室、复旦大学附属妇产科医院、复旦大学上海医学院妇产科学系、国家重点研发项目、国家杰出青年学者科学基金、上海市科委重点基础研究项目、上海科学技术规划委员会的大力支持。 /p p br/ /p

大家好，今天给大家分享一篇近红外二区荧光宽场显微活体成像技术和应用的文章，本文的通讯作者是浙江大学的钱骏教授。传统的荧光成像技术是基于可见光波段（400~760 nm）和近红外一区波段（760~900 nm）实现的，但是由于受生物组织散射和自发荧光的影响，这些波段的光对厚样本、活体样本成像时，成像深度和空间分辨率受到了很大的影响。而近红外二区波段（1000~1700 nm， NIR-II）的光受生物组织散射和自发荧光的影响大大降低，因而用这个波段的光成像时，成像的深度和信噪比都显著提高。近年来，NIR-II荧光宽场显微术在高时间分辨率、高空间分辨率、高信背比和大深度组织穿透方面获得突破性发展，这些得益于荧光探针和成像仪器设备的开发和改进。作者在本文中通过介绍NIR-II荧光宽场显微活体成像的机制特点、演进历史、系统进展以及在不同生物模型上的最新应用，展现其临床试验的巨大潜力，使NIR-II荧光宽场显微成像术在基础研究和临床应用上得到更进一步的普及。1、NIR-II荧光活体生物成像近年来，研究者们展开了一系列的NIR-II荧光成像研究，实现了对活体生物样本的深层和功能性成像，尤其伴随着探测器性能的提升和荧光新探针的开发，NIR-II的活体荧光成像迅速成为热点。尽管NIR-II荧光成像应用日趋广泛，但其成像窗口的定义却并不统一。长期以来，NIR-II在学术界被定义为1000~1700 nm。然而，工业领域认可的典型短波红外波段为900~1700nm。浙江大学钱骏教授团队模拟了NIR区域（至2340 nm）中的光子传播，确认了活体成像中适度利用水对散射光子的吸收能提高信背比，并将NIR-II窗口扩展为900~1 880 nm，定义了2080~2340 nm为近红外三区。其中，1400~1500 nm和1700~1880nm分别被定义为NIR-IIx和NIR-IIc区域。图1：定义并扩展NIR-II窗口为900-1880nm2、NIR-II荧光宽场显微成像系统活体成像研究中，NIR-II的宏观成像不仅可以实现主动脉和微小血管循环检测，也可以实现各类器官的成像，如心、肝、脾、肺、肾、肝、肠、胆道等。但是，组织的微结构观察和检测需要更大倍率的成像系统，以提高生物组织的空间分辨率和对比度，实现生物微结构的清晰成像。钱骏教授团队与宁波舜宇仪器（SOPTOP）公司合作，开发出新型NIR-II荧光正置显微成像系统，将短波红外探测器与传统的荧光显微成像系统结合，可实现宽场激发、面阵探测，具备成像深度大、时间分辨高、空间分辨好、操作简便等优势，可实现深层组织的高倍探测，已满足商用要求。此系统先后被相关科研院所购置，已在宫颈癌靶向化疗、小鼠脑血管研究等领域得到应用和报导。图2：舜宇仪器 NIR II-MS 近红外二区活体显微影像系统3、NIR-II荧光宽场显微成像的应用基于NIR-II荧光成像的大深度、高分辨率等优势，诸多生物医学应用得以开发。其中，活体大深度显微成像不仅能够对脉管系统、组织器官清晰破译，而且能够获取生物体内生命活动细微过程的动态信息，具有对生理和行为动态观察的巨大潜力。NIR-II荧光宽场显微系统提供高时间分辨率和高空间分辨率，可实现脑血管实时解析成像，以及血流速度和心跳周期的测量。作者团队针对血流测速开展工作，静脉注射IR820（0.5 mg/mL， 200 μL）后，使用NIR-II荧光宽场显微系统监测小鼠脑血管结构和实时血液流动，实时获取150 μm深度处的毛细血管血流速度为725 μm/s。同时，研究人员使用NIR-II荧光宽场显微系统记录开颅小鼠头骨下方0 ~800 μm深度下脑血管图像，并在800 μm的深度下区分出直径仅6.1 μm（半高全宽）的毛细血管。图3：小鼠活体脑血管成像血管造影方法可提供血管状态的有用信息，用于监测疾病过程。NIR-II荧光宽场显微成像技术能以高时空分辨率实现深层组织血管可视化。作者及唐本忠院士课题组开发了一种近红外聚集诱导发射（Aggregation-Induced Emission ，AIE）纳米颗粒，借助NIR-II荧光宽场显微成像系统，对小鼠大脑中的光致血栓形成缺血（Photo-Thrombotic Ischemia， PTI）和血脑屏障（Blood–Brain Barrier，BBB）损伤过程实现了精确监测。图4：NIR-II荧光宽场显微成像系统用于血流动力学研究和小鼠脑血栓性缺血的实时跟踪肿瘤和炎症性病变的检测和诊断仍是临床的巨大挑战，而NIR-II荧光宽场显微系统亦可用于肿瘤的精准检测。唐本忠院士、钱骏教授等将AIE纳米颗粒TQ-BPN注射进入具有旧肿瘤（4周）和新肿瘤（2周）的小鼠体内，使用NIR-II荧光宽场显微系统来识别不同生长阶段的肿瘤。NIR-II荧光宽场显微系统凭借穿透深度大和成像实时的优点，能够清晰地原位显示肿瘤部位的EPR效应，这将有利于早期肿瘤检测和转移研究。图5：使用NIR-II荧光成像在肿瘤部位原位显示高渗透长滞留（EPR）效应除普通小鼠、大鼠外，大型灵长类动物（如狨猴）的NIR-II荧光成像技术的探索更有利于临床转化，对于这些动物神经活动和脑血流调节的研究，有利于揭开人类大脑疾病的神秘面纱。钱骏教授、高利霞教授及唐本忠院士等首次在非人类灵长类动物中进行了穿薄颅骨大深度脑血管显微成像。图6：高空间分辨率的狨猴穿颅脑血管显微系统NIR-II荧光宽场显微系统拥有高时间分辨率以监测动态生物过程，提供高空间分辨率以观察微小生物结构、精准定位药物分布，还具备大成像深度。同时，该系统对比其他显微成像系统（如共聚焦显微术、光片显微术）易于上手使用并且成本适中，便于在活体研究和临床实践中推广。通过相关研究团队的努力，实现了从小鼠、大鼠、狨猴到猕猴，从脑血管、肿瘤血管到炎症组织及离体细胞、组织切片等的NIR-II荧光宽场显微成像，证明了NIR-II荧光宽场显微成像技术的巨大潜力。综上所述，NIR-II荧光宽场显微成像技术不断在更大的成像深度、更优的信背比、更高的空间分辨率、更快的成像速度上得到创新、改进和突破。NIR-II荧光宽场显微成像系统有望在各种生物和材料研究实验室推广，甚至在医学机构和医院临床获得普及和应用。以上便是今天为大家分享的近红外二区荧光宽场显微活体成像技术与应用，其中所采用的实验设备均为宁波舜宇仪器的NIR II-MS活体显微影像系统。作为全球首款近红外二区活体正置显微成像系统，可以实现对近红外二区荧光探针的光学表征以及活体生物样品、厚生物组织等的大深度、高时空分辨成像，选择25X红外水镜时，活体成像深度≥1.4mm，空间分辨率≤2μm。其操作简便的系统，具备在医学研究、临床诊断和手术治疗领域作为活体成像的基础工具的潜力。本文为SOPTOP舜宇显微系统供稿。如有技术干货、科研成果、仪器使用心得、生命科学领域热点事件观点，欢迎广大相关行业朋友投稿。投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn