本月，TriFoil Imaging技術(shù)團(tuán)隊(duì)的應(yīng)用科學(xué)家們通過網(wǎng)絡(luò)會議平臺，組織完成了一次關(guān)于臨床前光學(xué)成像領(lǐng)域重大技術(shù)進(jìn)展的網(wǎng)絡(luò)研討會議，會議同時邀請了美國北卡羅來納大學(xué)（UNC）、杜克大學(xué)、明尼蘇達(dá)大學(xué)（UMN）以及美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的多位教授共同參與。
我們在此對本次會議內(nèi)容進(jìn)行一次比較系統(tǒng)的回顧與總結(jié)，希望能夠?yàn)槔�用動物模型進(jìn)行臨床前疾病研究的科研工作們提供行業(yè)前沿技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)方法學(xué)上的參考。

主講人員介紹：

主持人：Aaron McCormack

主講人：Austin Moy, PhD（應(yīng)用研究主任）

Wesley Moy, PhD（技術(shù)研發(fā)主管）

會議主題：臨床前光學(xué)成像領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展分享

-2-

當(dāng)前光學(xué)成像領(lǐng)域所遭遇的難題：

-4-

聚焦光學(xué)成像技術(shù)：

傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)的優(yōu)勢與局限

優(yōu)勢：

• 高靈敏度——可以與PET媲美

• 侵入性小——與PET/SPECT相比，無電離輻射

• 有大量的報告基因可供選擇——生物發(fā)光成像技術(shù)占主導(dǎo)

• 平面型的篩選模式，對于樣本具有高通量能力

總結(jié)：選擇適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)成像方法，可以以更加經(jīng)濟(jì)、快速和高效的方式來解答一些二維平面角度上的基本問題，如定性分析、粗略的位置確定。

局限：

• 成像為平面圖像，無深度信息

• 可見光波長范圍內(nèi)的成像，由于組織對光的吸收和散射，將會影響到信號的穿透能力，導(dǎo)致設(shè)備無法捕捉到信號。

• 生物發(fā)光成像雖然具有很低的背景噪聲，但是信號強(qiáng)度也低。

• 由酶介導(dǎo)的反應(yīng)過程，信號強(qiáng)度會隨時間而降低。

總結(jié)：傳統(tǒng)光學(xué)成像無法提供深度信息，由于信號易被組織吸收，容易造成設(shè)備對其缺乏敏感性的情況。

舉例：傳統(tǒng)的光學(xué)成像方式限制了所能夠采集到的數(shù)據(jù)范圍

• 為了提高掃描速度，犧牲了信號采集的角度（有限角度的成像）；

• 采用固定式相機(jī)，必須移動實(shí)驗(yàn)對象或使用鏡面反射以獲取更多角度的信息；

• 通常使用寬波段的激發(fā)光源，通過濾光片分離得到特定波長的光，激發(fā)光的能量在分光過程中受到損耗。

如何解決傳統(tǒng)光學(xué)成像方法的局限而使其更好的發(fā)揮作用？

——需要從熒光與信號采集方式上著手！
需要使用近紅外（NIR）波段的熒光用于激發(fā)與采集

提供更高的背景對比度以及更高的信號

信號由特定波長的光源激發(fā)，強(qiáng)度不受時間

需要對信號采集技術(shù)（設(shè)備）進(jìn)行創(chuàng)新性

在360°范圍內(nèi)進(jìn)行斷層

獲取熒光信號的深度信息
​
由不同波長的光在組織中的吸收率圖譜可知，近紅外波段的熒光具有最佳的光-組織相互作用特性：

• 生物組織是一類高度擴(kuò)散型的介質(zhì)，對光的主要作用為吸收和散射；

• 近紅外（NIR）熒光探針具有深層組織的穿透能力，同時可減少自發(fā)熒光的產(chǎn)生；

• 使用近紅外探針進(jìn)行活體光學(xué)成像，分辨率可達(dá)到厘米級別。

一種新型的可用于3D光學(xué)成像的數(shù)據(jù)采集方法介紹：

• 使用激光光源對樣品進(jìn)行激發(fā)，以獲取最大能量值的熒光信號；

• 專利旋轉(zhuǎn)式龍門架設(shè)計，可進(jìn)行360°范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集；

• 沿動物軸向進(jìn)行斷層切片式掃描以獲取大量數(shù)據(jù)信號點(diǎn)；

• 計算機(jī)斷層掃描重建技術(shù)可呈現(xiàn)完整的3D圖像以及平面視圖。

3D斷層掃描重建技術(shù)：

• 根據(jù)光傳播的3D有限差分特征建立模型

  不同組織的光學(xué)特性用于解釋不同部位的散射差異；

  對于輸入的光學(xué)參數(shù)，利用CT數(shù)據(jù)增強(qiáng)系統(tǒng)的重建準(zhǔn)確性；

• 使用表面輪廓掃描獲取實(shí)驗(yàn)對象的3D幾何數(shù)據(jù)；

• 以DICOM格式對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。

2D vs. 3D光學(xué)成像效果對比：

• 2D平面光學(xué)成像：僅在2D平面圖像上進(jìn)行信號的定位，沒有深度信息，動物通常需要被處死。

• 3D斷層掃描光學(xué)成像：提供3D可視化的圖像，3D空間范圍內(nèi)進(jìn)行定位，可從各個角度查看數(shù)據(jù)，可提供深度信息，是真正的小動物活體成像。

從二維到三維的成像方式比較：

-5-

FLECT/CT光學(xué)多模態(tài)成像系統(tǒng)介紹：

• 配備近紅外(NIR) 4束激光(642 nm、705 nm、730 nm、780 nm)及相應(yīng)的發(fā)射濾光片，可以獲得動物深層組織的熒光信號，解決了傳統(tǒng)設(shè)備熒光探測深度不夠、二維光斑不能精確定量和重建等問題；

• 一體化同軸X 射線CT 模塊，配備有不同的濾光片（al1mm、al2mm、Mo、Sn和Pd)用于降低光束硬化和降噪，除了為FLECT提供解剖學(xué)參考，還可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的軟組織成像。

FLECT/CT系統(tǒng)成像效果展示：

-6-

FLECT/CT技術(shù)應(yīng)用案例：

納米藥物研發(fā)：

• 構(gòu)建藥物-染料結(jié)合物（DDC）：

• 前體藥物-連接器-熒光染料（NIR，ICG類）

  連接器可被谷胱甘肽裂解

• 追蹤DDC在體內(nèi)的分布

• 利用類ICG染料的光敏特性來增強(qiáng)DDC的組織穿透能力

• 使用乳腺癌模型（MDA-MB-231）驗(yàn)證新型納米藥物的靶標(biāo)性與治療效果

治療診斷學(xué)：

• 使用膠質(zhì)母細(xì)胞瘤完成相關(guān)驗(yàn)證

• 診斷治療結(jié)合物包括：

  化療藥物/MRI造影劑

  藥物遞送劑（白蛋白）

  熒光染料（Cy7）

• 采用尾靜脈注射方式進(jìn)行給藥

腦部炎癥成像：

• 脂多糖（LPS）誘導(dǎo)建立腦部炎癥臨床前模型：側(cè)腦室注射1μg LPS

• 熒光染料ProSense750用于腦部炎癥顯像：側(cè)腦室注射5μL ProSense750（0.4 nmol）

• FLECT和CT掃描結(jié)果可以根據(jù)閾值對腦室炎癥區(qū)域進(jìn)行分割和定量分析

心臟疾病研究：

• 利用氯化鐵誘發(fā)頸動脈血栓模型；

• 以活化血小板作為靶點(diǎn)，單鏈抗體scFv可以靶向活化血小板中的GPIIb/IIIa受體探針：Cy7 標(biāo)記的抗活化血小板抗體scFvTarg用于動脈血栓的近紅外熒光顯像（注射量：1μg/ g；體內(nèi)循環(huán)45分鐘后成像）

原位腫瘤及轉(zhuǎn)移性腫瘤的顯像：

左：

• 模型：肺癌（A549 luc細(xì)胞）

• 探針：RGD-Cy5.5（200µL，2nmol，靜脈注射）

• RGD肽：靶向整聯(lián)蛋白（細(xì)胞凋亡）

• 成像：注射后24小時

• 激光：642nm，濾光片：695nm

右：

• 大腸癌轉(zhuǎn)移模型

• 對原發(fā)腫瘤部位進(jìn)行可視化觀察

• 與BLI成像結(jié)果互為參照，共同確認(rèn)多個腫瘤灶

完整角度的3D iRFP成像：

• iRFP = 紅外熒光蛋白（類似于Luc或GFP/RFP等報告基因產(chǎn)生的蛋白，但是具有近紅外熒光功能）

• 可將iRFP基因轉(zhuǎn)染到細(xì)胞系中

• 優(yōu)點(diǎn)：

  深層組織成像的理想選擇（NIR生物窗）

  熒光僅定位于細(xì)胞聚集區(qū)域

  減少背景熒光的干擾

  熒光染料標(biāo)記細(xì)胞在小鼠體內(nèi)的活體成像：

• 實(shí)驗(yàn)單位：加州大學(xué)爾灣分校

• 使用載有ICG的樹突狀細(xì)胞

• 5次清洗程序以分離細(xì)胞并去除游離的ICG

• 將總數(shù)250個細(xì)胞裝入注射器并經(jīng)皮下注射到動物的左側(cè)腹

• 重建數(shù)據(jù)可證明該設(shè)備的敏感性

• 此實(shí)驗(yàn)已被多次重復(fù)，可以實(shí)現(xiàn)動物組織的深部成像

在病毒學(xué)研究中的應(yīng)用：

• 建立攜帶報告基因的病毒轉(zhuǎn)染體系

• 使用生物發(fā)光進(jìn)行活體成像，提供傳統(tǒng)二維光學(xué)成像的篩選通量（但對于器官的成像是在離體條件下進(jìn)行的）

• 此種情況下，3D活體光學(xué)成像技術(shù)可以有明確的應(yīng)用范圍，即利用二維光學(xué)成像進(jìn)行初步大范圍的篩選（定性），再結(jié)合3D活體光學(xué)成像進(jìn)行器官等深部組織的細(xì)致觀察（定位、定量與分析）

 

-7-

合作案例：

左：加利福尼亞大學(xué) 爾灣分校      

右：約翰·霍普金斯大學(xué)
互動環(huán)節(jié)答案揭曉：
以上就是對本次臨床前光學(xué)成像技術(shù)網(wǎng)絡(luò)研討會內(nèi)容的回顧，如果您對其中的某些部分感興趣而想要詳細(xì)了解，歡迎您通過下面的方式與我們聯(lián)系：

美國TriFoil Imaging 負(fù)責(zé)人聯(lián)系方式：
Austin Moy, PhD
Email: austin.moy@trifoilimaging.com
Skype: austin.moy@live.com
中國InSyTe FLECT/CT服務(wù)方人員聯(lián)系方式:
孫元元（技術(shù)部）
Tel：13810818543
柴丹（銷售部）
Tel：13810910943
田建華（應(yīng)用工程師）
Tel：18302907782
張婷瑞（應(yīng)用工程師）
Tel：13910490151
聯(lián)系郵箱：sales@bio-one.cn
您還可以通過訪問以下網(wǎng)站了解關(guān)于InSyTe FLECT/CT三維多模態(tài)光學(xué)-CT成像設(shè)備的詳細(xì)內(nèi)容：

https://www.trifoilimaging.com

http://www.bio-one.cn/cn/product/ygdccx/ygdccx.htm