应用案例|近红外二区荧光成像仪在生物医学实验的应用

2023-11-10 20:37:22 奥谱天成（厦门）光电有限公司

前言

光声成像打破传统光学成像的衍射极限，因为组织依赖性的光散射，光强度的衰减可以通过选择激发波长来实现最小化，从而使组织中的光学穿透达到最大化，因此近红外光成为深层组织光声成像的理想选择。

荧光实时图像检测技术相较于传统检测手段具有无损、高效率的优势，目前已经被广泛用于医学领域。通过此技术可以对目标结果进行显象和追踪定位，符合外科手术精准化的要求。近红外二区（1000至1700nm），组织的散射减少，组织吸收和自发荧光最小。与传统的可见光或红外一区光学成像（即400-1000nm）相比，在这些波长下具有更好的图像对比度，灵敏度和对组织的穿透深度。尤其适合小动物活体荧光成像、实时手术导航等。

图一:红外区域的波长范围

近红外二区荧光成像技术在靶向探针中的应用

①随着现代医学的不断提升，靶向探针已经成为研究人员关注的热点。分子靶标可以特异性地反映肿瘤发生、发展、转移密切相关的生物分子。分子靶标被分子影像标记后，临床医师可以通过影像直观地观察肿瘤及其对治疗方案的制定。常见的肿瘤分子靶标可以按其与细胞的相对位置分为细胞外（如肿瘤微环境）、细胞膜（如肿瘤特异性受体）和细胞内（如肿瘤特异表达的基因）靶标。

张展奕等人将经过大鼠术前禁食水 6 h，术前吸入异氟烷，空气混合气诱导麻醉，碘伏消毒皮肤，无菌操作下取下腹正中切口至阴茎根部，再经过一系列处理之后，围术期及时通过尾静脉或腹腔补液，保证大鼠血容量充足。麻醉过程中注意监测大鼠呼吸及心率变化，调整异氟烷流速。

图二：实验近红外二区成像图

②近红外二区（NIR-Ⅱ，1000~1700nm）新型血管内皮生长因子受体（VEGFR）靶向探针ICG-PEG5000-Bev在肠癌小鼠模型中的成像效果，为其在结直肠癌及肝转移的应用前景提供依据。利用ICG-PEG5000-NHS和贝伐珠单抗制备NIR--Ⅱ新型VEGFR靶向探针ICG-PEG5000-Bev，验证其光谱表征和生物安全性，进一步利用NIR-Ⅱ成像设备观察探针对CT-26-luc 肠癌小鼠在体成像。结果 ICG-PEG5000-Bev具有良好的生物安全性，光谱实验证明其具有NIR-Ⅱ成像能力，且在一定范围内随着探针溶液质量浓度的升高，荧光强度线性增强。成像实验说明ICG-PEG5000-Bev 能够实现CT-26-luc 肠癌小鼠模型的在体成像，且具有比NIR--Ⅰ更低的背景信号强度。结论 ICG-PEG5000-Bev可实现结直肠癌小鼠模型的在体检测，且生物安全性良好，具有较强的临床转化价值。

图三四五：探针ICG-PEG5000-Bev在CT 26-luc 皮下移植瘤模型NIR-Ⅰ成像 CT-26-luc 皮下移植瘤模型 NIR- Ⅰ肿瘤区域平均荧光强度 探针ICG-PEG5000-Bev在CT-26 luc 皮下移植瘤模型NIR-Ⅱ成像

近红外二区的肿瘤成像

Hongjie Dai 课题组首次报道了 NIR-II 荧光材料单壁碳纳米管（并将其用于小鼠体内，通过 NIR-II 荧光成像技术检测血管及肿瘤成像。脑血管的成像结果表明，NIR-II 成像的信噪比是 NIR-I 结果的4倍。同时，探针具有优异的肿瘤显影能力。更令人激动的是，NIR-II 荧光成像甚至能够提供微米级的分辨率。譬如，对小鼠肿瘤新生血管的 NIR-II成像，可观测到空间分辨率小于 50 μm 的血管分支，甚至 10.8 μm 的腹部血管细微分支在扫描倍镜下亦可被识别到。这种极高的时空分辨率是 NIR-I 以及许多传统成像方式都难以企及的。基于此，研究者们受到极大鼓舞，开始致力于高性能 NIR-II 荧光探针的设计合成及活体可视化研究。NIR-II荧光成像技术也凭借其高信噪比、低背景荧光和更大的组织穿透深度等优势，一跃成为当前炙手可热的重要研究方向。

图六七八：(A) SWNTs 的结构与荷瘤小鼠照片；(B) 脑部血管荧光成像及信号统计；(C) 4T1 荷瘤小鼠的 NIR-II 肿瘤成像

输尿管显像

医源性输尿管损伤是盆腔手术中非常严重的并发症，输尿管损伤后会导致输尿管瘘或狭窄，严重者甚至可能肾功能衰竭，尤其是当输尿管紧邻盆腔肿瘤或病人既往接受过盆腔手术及放射治疗后，外科医生难以识别出输尿管的位置，因此可能造成输尿管损伤。通过向输尿管内注射一种荧光物质并通过 NIR-II荧光显像，可以准确显示出输尿管的位置和走向。并且，如果出现输尿管损伤，该方法还可以准确评估损伤位置，以便及时处理。

产品介绍

TF9200是奥谱天成精心研制的一款自动对焦、自动扫描的大面积近红外二区荧光成像仪，ATF9200内置最低可制冷至-80℃的超低温制冷高灵敏度InGaAs探测器。搭载50X50mm大面积电动扫描平台，辅以先进、快速的超大图像拼接算法，从而达到了进行快速扫描、大面积成像的功能。并且拥有高稳定性的自动对焦系统，可以实时地对目标进行动态焦距调整，以达到最佳的成像效果。通过USB 2.0接口与电脑相连，还有先进、易用的PC端操控软件，可以达到完美的实验操作。