荧光成像平台

2020年，我国新发癌症达457万，而因癌症死亡的人数超过300万，因此更有效、更合理的癌症治疗方案开发逐渐被人重视。在之前的癌症治疗中，对可用药物的反应检测，如肿瘤缩小，通常需要几周到几个月的时间，无法代表肿瘤的动态敏感性。新近开发的植入式微型装置(IMD)，用于将微量化疗剂局部输送到活肿瘤的狭窄区域；随后可以取出组织并进行分析，以评估药物反应。这种方法有可能快速筛选多种药物，但需要手术切除组织，并且仅在切除组织时的单个时间点评估药物反应。本文研究者开发了一个新的检测平台——“肿瘤实验室”植入式微型设备(LIT-IMD)平台，可直接用于对活肿瘤内的细胞死亡药物反应进行成像，无需切除或处理。LIT-IMD是将微型成像探针、植入式微型设备、活细胞检测技术结合在一起，将其插入活肿瘤中，IMD将多个药物微剂量输送到空间离散的位置，同时，它局部释放微量的荧光细胞死亡检测剂（碘化丙锭PI，PI结合双链DNA，但只能进入已经破坏细胞膜的细胞；因此，它在失去膜完整性的晚期凋亡和坏死细胞中积累），扩散到暴露于药物的组织中，并在细胞死亡部位积累。集成的小型化荧光成像探针对每个区域成像，以评估药物诱导的细胞死亡。研发者使用LIT-IMD对鼠肿瘤模型8小时多种药物的反应进行评估，目前评估细胞死亡的金标准方法是荧光成像和荧光组织化学(IHC)分析，研究者将肿瘤成像与金标准荧光显微镜和组织病理学进行对比，使用Echo Revolve荧光显微镜进行标准成像，LIT-IMD成像结果明显与Echo Revolve荧光显微镜图片存在相关性。(b)将来自活肿瘤组织(第一列)中的M-2CFM成像的荧光信号与相应的Echo Revolve荧光显微镜(第二列)和免疫组织化学(IHC)(第三列)进行比较，在组织切片和处理后成像。在荧光和IHC图像上，方框表示与活体肿瘤中由M-2CFM探针成像的组织区域相对应的大约400 × 300 µm的感兴趣区域。在IHC图像上，“X”表示药物释放的位置；“V”表示活的肿瘤组织。经过训练的图像分类器能够从染色的IHC图像中定量确定非存活指数(非存活除以存活肿瘤)，然后将其与实验荧光图像相关联。该平台是第一个完全集成的平台，可用于原位评估多种化疗反应。Echo Revolve荧光显微镜在该成像平台研制过程中通过良好的成像效果和参数帮助研发者确定平台拍摄效果和仪器性能，帮助其优化和完善平台。Revolve正倒置一体显微镜Revolve显微镜展现了其非凡的灵活性，可以轻松地实现正置和倒置显微镜转换，创新性地把正倒置显微镜合二为一，开启了显微镜Hybrid时代。☑ 视网膜屏显示技术：比拟目镜人眼观察效果。☑ 全视野观察： 更清晰，更方便。☑ 多通道荧光：多达4个EPI荧光通道，无须暗室，就可以轻松快速地完成多色荧光显微分析。☑ 自动化操作：通过iPad Pro点触操控相机及荧光通道之间的切换，实现了完全自动化操作。☑ App应用软件：基于IOS的Echo App是与Apple团队合作研发的专业显微镜软件。☑ 精湛的工艺尽显高端品质：实现非凡的性能。

本文要点：骨肉瘤是一种致命的骨肿瘤，多发于儿童和青少年，具有局部破坏性和高转移性。迫切需要针对骨肉瘤具有高治疗效果和精确诊断的独特纳米平台。多模态光学成像和程序化治疗，包括协同光热-化学动力学治疗 (PTT-CDT) 引发免疫遗传性细胞死亡 (ICD) 是一种有前途的策略，它具有高生物成像灵敏度，可准确描绘骨肉瘤，治疗效果显著，副作用可忽略不计。动物活体成像系统方案1. 骨肉瘤靶向mCu&Ce@ICG/RGD的构建过程示意图，用于NIR-II荧光/MR生物成像和PTT-CDT-ICD协同肿瘤抑制本文开发了一种简便的一步法合成具有介孔纳米结构的多功能 Cu&Ce 氧化物纳米球 (mCu&Ce)。据报道，在 ICG 封装和 RGD 肽表面接枝(mCu&Ce@ICG/RGD) 后，该纳米平台可准确识别骨肉瘤并在肿瘤微环境 (pH = 6.5) 下触发 ICG、Cu 和 Ce 离子的剧烈释放（方案1）。进入骨肉瘤肿瘤细胞后，mCu&Ce@ICG/RGD 可在近红外激光照射下有效产生高温并进而促进&bull OH 的生成。PTT/CDT 协同肿瘤消融将在体外和体内实现。同时，热量和扩增的 ROS 都通过激发 ICD 来激活有效的 T 细胞生成，从而产生全身抗骨肉瘤免疫反应，从而显著介导有效的肿瘤免疫治疗。此外，基于Cu&Ce 的纳米平台可以通过 NIR-II 荧光和磁共振双模生物成像对骨肉瘤进行精确的早期诊断。总之，本研究设计了一种具有双模生物成像特性的简便的 Cu&Ce 纳米平台。它可以特异性地识别骨肉瘤，并通过 PTT 增强的 CDT 实现癌细胞抑制，从而进一步显著诱导 ICD 增强。图1. mCu&Ce@ICG/RGD 的表征mCu&Ce@ICG/RGD纳米平台的制备具体流程如图1所示。首先以氯化铜（CuCl 2）和氯化铈（CeCl 3）为前驱体（重量比=7:3）在水相体系中首次制备出亲水性的mCu&Ce纳米粒子，在90°C下搅拌均匀后，加入乌洛托品不同时间后可得到一系列表面粗糙的合金化Cu&Ce纳米球。进一步临床荧光团ICG负载到中孔纳米结构中（mCe&Cu@ICG），负载效率约为12.5 &thinsp %（w/w）。接下来，为了延长血液循环时间并进行随后的靶向修饰，将亲水性PEG 2000 -NH 2包裹在mCe&Cu@ICG的界面上。最后，通过脱水缩合反应将活性骨肉瘤识别配体RGD交联在ICG负载的双金属纳米粒子的外层（mCe&Cu@ICG/RGD）。令人兴奋的是，表面接枝RGD后ζ电位明显降低，这可归因于-NH2基团的消耗。在mCe&Cu@ICG/RGD中发现不明显的形态转变和尺寸变化（图 1L）。同时，与ICG类似，ICG封装纳米平台的发射光谱理想地延伸到NIR-II，并且上述两个样品的非峰值NIR-II发光图像非常强，证明了mCe&Cu@ICG/RGD的成功设计（图 1 P）图2. pH 敏感生物降解、ROS 生成和高温测定由于mCe&Cu@ICG/RGD是为了激活ICG的释放而设计的，因此在细胞外弱酸诱发下，mCe&Cu基框架生物降解发生了类Fenton反应。在pH=6.5条件处理下的生物降解效率在所有时间点都明显高于pH=7.4组，6h时框架初步崩溃，纳米颗粒释放，36h时所有纳米球消失，出现大量Cu&Ce基颗粒。这些纳米颗粒能够传导肿瘤组织浸润。在肿瘤组织中细胞外弱酸性pH值浸泡36小时后，mCe&Cu@ICG/RGD的平均直径从&sim 68nm急剧下降到&thinsp &sim 5nm ，&thinsp 进一步表明结构整体崩解。同时，在不同的孵育期内还测定了pH=6.5生理缓冲液上清液中ICG的释放曲线。我们观察到ICG染料以时间依赖性方式逐渐释放（图2C）。同时，如pH=6.5条件下释放的游离ICG的NIR-II发光图像所示，荧光信号在36小时内显著增强，明显强于pH=7.4组（图 2D）。同时，在肿瘤微环境刺激缓冲液孵育不同时间后，Cu和Ce离子的释放趋势相似，孵育36h后约有90%的Cu/Ce离子被释放。同时，在弱酸性环境下处理36h后，以商业&bull OH指示剂3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）评价Cu&Ce离子的类Fenton催化效果。在&bull OH催化下，产物氧化物TMB具有三个特征峰，显然，与mCe&Cu@ICG/RGD + L基团相比，mCu@ICG/RGD仅表现出边际ROS生成率，正如预期的那样，mCe&Cu@ICG/RGD + H2O2&thinsp + L 的&bull OH 增加量增加了 2 倍。纳米平台在高 H2O2条件下加上 808 nm 光照射时增强的化学动力学能力（图 2E）。随后，由于 ICG 对 808 nm 激光的强吸收赋予 mCe&Cu@ICG/RGD 强大的光热转换性能。如图 2F、G 所示，纳米平台的温度呈现出明显的时间相关上升趋势，在连续 300 秒的 808 nm 激光照射下温度上升到最高水平（79.1 °C），证明了快速的近红外光响应。与此形成鲜明对比的是，在相同处理下，PBS 溶液中的温度略有上升，在激光照射终点仅为 36.3 °C。此外，为了进一步检测激光-热转换效率（η），最近从冷却-加热循环计算了分散在水溶液中的mCe&Cu@ICG/RGD的热量差异（图 2H），具体的η值大约为&sim 55.92 &thinsp %（图2I）同时，在四次808nm激光开关循环后也监测到出色的光热稳定性（图 2J）。总体而言，所有结果证实了负载ICG的肿瘤响应性程序化介孔Cu&Ce纳米载体可进一步应用于通过PTT-CDT抑制恶性肿瘤。图3. PTT -CDT体外细胞杀伤及 ICD 指标的表达如图 3A所示，用RGD修饰的纳米平台处理的ICG的红光明显强于mCe&Cu@ICG和游离ICG。如图 3B 所示 ，与 mCu&Ce@ICG/RGD 组相比，mCu@ICG/RGD 组呈现出暗绿色荧光，这可以归因于前者的生物降解率低。在 pH = 6.5 的缓冲液中孵育 36 小时后，发现从 mCu 纳米叶中释放出的 Cu 离子相对较少，且含有大量 Cu 基碎片。值得注意的是，与本体溶液中的 ROS 生成趋势一致，当使用 808 nm 光照射并伴随 H2O2预处理时，该趋势会显著加强（图3G）。研究结果表明，更高的热量产生可以显著增强类 Fenton 反应，因为 ROS 增强的结果凸显了我们研究的重要性。如图 3D所示，与其他制剂相比，用 mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L处理的 143b 和 b 细胞&thinsp 介导了最高水平的 CRT，这与细胞内 ROS 扩增结果一致。此外，该组中还显示出 HMGB1 信号减弱，CRT 水平的这种相反趋势进一步证明了我们的纳米平台增强的 ICD 效应（图 3D）。随后，为了进一步说明 ICD 相关蛋白的表达，通过蛋白质印迹分析研究了各种处理后 143b 中的 CRT 和 HMGB1 水平。显然，当用 mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2 + L 处理 143b 细胞时，CRT 在细胞膜上显著上调，而 HMGB1 在细胞质中显著下调&thinsp （图 3E 、F）。与mCu&Ce@ICG/RGD 组相比，mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L中上述表达的蛋白质水平分别大约高出 2 倍和降低 5 倍&thinsp （图 3I、J），揭示了该处理强大的 ICD激发能力。最后，分别用CLSM和流式细胞仪获得活死染色图像和细胞凋亡-坏死研究。与细胞内ROS生成和HMGB1的结果类似，143b细胞在mCu&Ce@ICG/RGD + H2O2+ L中经历最有效的细胞死亡&thinsp （图 3K -N）。正如预期的那样，当mCu&Ce@ICG/RGD的浓度增加到300µ g / mL时，H2O2预孵育加激光照射组中143b细胞的细胞活力仅为纯纳米平台处理组的一半。这种最高的肿瘤细胞杀伤力主要由PTT同时扩增的ROS和ICD介导。图4. 通过荧光成像、MRI 和光热评估进行体内肿瘤靶向性评估之后，研究mCu&Ce@ICG/RGD在骨肉瘤荷瘤裸鼠模型中的生物分布和肿瘤富集行为。首先，为了获得准确的肿瘤轮廓辨别，将mCu@ICG/RGD和mCu&Ce@ICG/RGD分别静脉注射到荷瘤小鼠皮下，随后在特定时间拍摄NIR-II荧光生物图像，通过小动物NIR-II荧光成像生物系统监测该纳米平台在体内的肿瘤靶向性和生物分布。显然，在注射mCu&Ce@ICG/RGD后2 h，肿瘤轮廓逐渐清晰，荧光信号（超过1000 nm）最初集中在肿瘤部位，24 h时达最强，肿瘤轮廓与周围外周肌肉组织明显区分开来；随后，它随着时间的推移而缓慢衰减，残留纳米平台保持在48小时（图 4 A）。而mCu@ICG/RGD的荧光信号主要分散在肝脏中，并且在所有时间间隔内都明显高于mCu&Ce@ICG/RGD组。基于在肝脏中的这种高积累，后一组的肿瘤组织几乎无法区分（图 4 A）。同时，收获肿瘤和主要器官进行离体NIR-II荧光生物成像。值得注意的是，即使可以看到上述两组肿瘤中的比较光信号强度，mCu&Ce@ICG/RGD处理的肝脏的强度明显低于mCu@ICG/RGD（图 4 B）。此处，前者相对快速的生物降解行为有利于肝脏清除。因此，肿瘤与周围正常组织的比例通过半定量平均NIR-II信号强度来计算。mCu&Ce@ICG/RGD 在注射后 24 小时的数值比 mCu@ICG/RGD 高 6 倍（图 4D）。此外，本文还通过MRI 验证了Cu 基纳米平台对肿瘤的特异性识别，以临床Gd-DTPA 为对照。根据不同时间间隔的连续 T1WI MRI 生物图像，足底注射 mCu&Ce@ICG/RGD 的淋巴转移性骨肉瘤的 MRI 信号在注射后 24 小时急剧增加至峰值水平，从此时间点开始逐渐衰减至基础强度（图 4C）。然而，由于 Gd-DTPA 的快速排泄，可以在注射后 2 小时发现最高的肿瘤积累。我们的纳米平台在 24 小时的肿瘤与组织比明显高于 Gd-DTPA（图 4E），进一步证明了mCu&Ce@ICG/RGD有效的肿瘤靶向能力，此时最合适进行激光照射进行PTT。最后，研究了皮下骨肉瘤小鼠尾静脉注射PBS、mCu&Ce@ICG和mCu&Ce@ICG/RGD后在体内的光热转换效果。具体而言，纳米制剂处理的肿瘤部位温度急剧变化，升高到峰值（分别为48.9和52.8°C），并且最大光热维持率（图 4F，G）。毫无疑问，这种现象主要归因于RGD修饰的主动靶向能力。对于PBS处理的小鼠，即使经过300秒的照射，温度也仅略有升高（39.8°C）（图 4F，G）。因此，上述体内生物成像结果凸显了多模对比纳米剂在肿瘤诊断方面的潜力和令人满意的肿瘤抑制热疗性能。图5. 体内 PTT CDT 和 ICD 评估基于上述基于Cu&Ce的纳米平台在体外具有良好的细胞杀伤力和出色的肿瘤蓄积效果，我们建立了143b肿瘤异种移植小鼠模型，以进一步研究mCu&Ce@ICG/RGD在体内的PTT/CDT/ICD协同治疗效果。为了验证我们的程序化治疗假设，给皮下患有骨肉瘤的小鼠施用六种不同的配方（PBS、L、mCu@ICG/RGD、mCu&Ce@ICG/RGD、mCu@ICG/RGD +L和mCu&Ce@ICG/RGD + L）。如图 5A -D所示，接受PBS或激光治疗的小鼠的肿瘤组织在整个治疗过程中迅速生长，证实单独使用808nm激光（ 5分钟，1.5W/cm2 ）对肿瘤生长几乎没有抑制作用。不出所料，与具有部分消融效果的 mCu@ICG/RGD 相比，由于生物降解速度更快，用mCu&Ce@ICG/RGD 处理的肿瘤生长抑制率相对较高，相比之下，纳米粒子加激光照射组的肿瘤体积和肿瘤重量均得到明显控制。有趣的是，与其他组相比，mCu&Ce@ICG/RGD + L 给药的肿瘤基本被抑制，肿瘤抑制率明显较低。显然，这种彻底的根除效率可能归因于协同 PTT 增强的 ROS 扩增。结果显示，激光照射后给予mCu&Ce@ICG/RGD可显著延长小鼠寿命，超过90%的治愈小鼠存活超过100天，而接受PBS治疗的小鼠均在42天内死亡（图 5E），充分表明我们基于Cu&Ce的PTT-CDT协同疗法具有最佳的肿瘤抑制性能。 总之，本文设计并成功制备了一个迷人的纳米平台，该平台由用于 CDT 和 MRI 的介孔Cu&Ce 氧化物纳米球、用于 NIR-II 造影剂和PTT 的负载 ICG 以及用于靶向基序的 RGD 组成。这种有前途的纳米治疗剂具有无与伦比的优势，例如对骨肉瘤组织的精确识别、用于肿瘤轮廓区分的 NIR-II 荧光生物成像和 MRI 以及通过 PTT 评估的 CDT 和激活的ICD 进行的程序化抗癌性能。通过在体外有效诱导癌细胞死亡以及在体内强力根除实体骨肉瘤并显著延长存活率来证实治疗效果。此外，出色的生物安全性能也在体内得到体现。该研究为促进临床恶性肿瘤的靶向诊断和治疗开发了一种独特的范例。参考文献heng, M., Kong, Q., Tian, Q. et al. Osteosarcoma-targeted Cu and Ce based oxide nanoplatform for NIR-II fluorescence/magneticresonance dual-mode imaging and ros cascade amplification along with immunotherapy. J Nanobiotechnol 22, 151 (2024).⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 近红外二区小动物活体荧光成像系统 - MARS NIR-II in vivo imaging system 高灵敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相机，活体穿透深度高于15mm高分辨率 - 定制高分辨大光圈红外镜头，空间分辨率优于3um荧光寿命 - 分辨率优于 5us高速采集 - 速度优于1000fps （帧每秒）多模态系统 - 可扩展X射线辐照、荧光寿命、一区荧光成像、原位成像光谱，CT等显微镜 - 近红外二区高分辨显微系统，兼容成像型光谱仪 有不同型号的样机可以测试，请联系：021-61620699⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 恒光智影上海恒光智影医疗科技有限公司，被评为“国家高新技术企业”，荣获“科技部重大仪器专项立项项目”，上海市“科技创新行动计划”科学仪器领域立项单位。恒光智影，致力于为生物医学、临床前和临床应用等相关领域的研究提供先进的、一体化的成像解决方案。与基于可见光/近红外一区的传统荧光成像技术相比，我们的技术侧重于近红外二区范围并整合CT, X-ray，超声，光声成像技术。可为肿瘤药理、神经药理、心血管药理、大分子药代动力学等一系列学科的科研人员提供清晰的成像效果，为用户提供前沿的生物医药与科学仪器服务。⭐ ️ ⭐ ️ ⭐ ️ 上海恒光智影医疗科技有限公司地址：上海市浦东新区张江高科碧波路456号 B403-3室网址：www.atmsii.com邮箱：liupq@atmsii.com电话：137 6102 1531 （同微信）

日前，山西医科大学承担的山西省科技基础条件平台建设项目“光学分子成像研究平台科学仪器的自主研发”顺利通过专家组验收。　　该项目是在山西医科大学现有实验室和科研团队的基础上，建设光学分子影像工程技术研究平台，同时依托该平台研制出了多光谱分光融合外科手术引导系统(光学分子影像技术设备)。　　该系统能够激发体内靶向标记的荧光报告基团产生荧光，同时摄取荧光信号，将光信号转换为电信号，以数字化解剖性图像、光学分子功能性图像和两者的融合图像显示在计算机上，并结合图像处理技术精确定量、定性、定时、定位和示踪活体体内细胞和生物大分子的生物学特征，可实时识别活体肿瘤组织、淋巴结、淋巴管和血管。　　据悉，该系统拥有我国自主知识产权，有助于解决生命科学研究中的一些重大科学和技术问题，提升我国在本领域的原始创新能力，并产生一定的经济和社会效益。