近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

可见-近红外二区双通道荧光成像系统

本文基于光学手段,开发出了一套能够兼顾可见光与近红外二区(NIR-Ⅱ)窗口的双通道宏观成像系统,能够实时输出具有NIR-Ⅱ荧光信息的高质量明场图像,解决了常规的NIR-Ⅱ宏观成像系统提供的荧光图像与明场图像割裂较大的问题。实验中利用不同厚度的脂肪组织测试了吲哚菁绿的NIR-Ⅱ窗口荧光信号分别在1 100~1 700 nm长通滤光片与1 300~1 700 nm长通滤光片下的抗散射能力与成像表现。接着利用所搭建的双通道宏观成像系统分别在小鼠以及大鼠模型上实现了淋巴结成像并模拟进行了淋巴结的切除手术,模拟了对腹腔淋巴结清扫的过程。最后,在大鼠模型上添加了不同厚度的生物脂肪组织,模拟实际手术中脂肪组织覆盖在淋巴结上的情况,观察双通道系统的穿透能力。可见近红外二区双通道荧光成像系统通过给操作者提供直观的影像信息,缩减手术时间、提高患者的预后,在临床手术导航中具有较大的应用潜力。

近红外荧光成像在泌尿系统手术中的研究进展

逾一个世纪以来,外科医生主要靠依靠视觉反馈和临床经验来执行手术操作。然而,术者对手术区域的准确判断对患者手术预后及后续随访治疗计划的制定至关重要。随着成像技术的不断进步,计算机断层扫描、核磁共振成像、超声波检查以及X射线等影像学检查日益频繁地被应用于外科手术中,图像引导下的手术在提供术中导航和辅助决策方面发挥着关键作用。尽管如此,这些传统的影像学检查手段在实际应用中仍存在一些局限性,包括放射性X射线或核素辐射的暴露、对带有体内金属植入物患者的使用禁忌、对患者体位的特定要求,以及术中伪影导致图像分辨率降低等可能。上述问题不仅使外科医生和患者的健康风险增加,亦可能引起手术过程中的导航误差,导致健康组织遭到过度切除、病变组织未能被彻底清除或遗漏术中受到损伤的组织器官,进而影响手术疗效的彻底性。具有诸多优势的光学成像技术有望为改善上述问题带来希望。其中,近红外窗口又是目前该领域更为先进及具有热点的成像波段。因此本文将对NIR成像在泌尿系手术中的应用作出综述。

基于亚甲基蓝荧光特性研制的近红外荧光成像系统

目的基于亚甲基蓝的荧光特性研制近红外荧光成像系统并开展相关实验以证实该系统的可行性。方法首先,根据亚甲基蓝的光学特性,分别定制特定LED光源与干涉滤光片,及CCD相机等相关的零部件,并进行近红外荧光成像设备的搭建。其次,利用研制的近红外荧光成像系统进行亚甲基蓝近红外荧光成像实验,并分析计算各种不同实验条件下的亚甲基蓝的SBR(Signal-to-background ratio)值及进行数据统计分析。最后,初步开展wistar鼠尿液收集实验,15只wistar鼠随机分成5组,每组分别给予尾静脉注射不同剂量的亚甲基蓝注射液(剂量分别为0、2、1.8、1.6、1.4 mg/kg),收集尿液,并将收集的尿液进行近红外荧光成像及分析各个剂量组的SBR值,并采用单因素方差分析。结果 MB的SBR值受浓度及成像距离的影响,各种不同实验条件下P值均小于0.05。而不同剂量组wistar鼠尿液的SBR值随剂量的减小呈现先增大后减小,其中1.6 mg/kg的剂量组SBR值(8.71±0.20)最高,且不同剂量与SBR值具有显著性差异(P<0.05)。结论该系统可用于亚甲基蓝荧光的探测,有望进一步应用于腹部术中输尿管实时识别的研究。

近红外荧光探针和成像系统临床转化应用的初步探索

目的围绕近红外荧光成像探针、成像系统和临床转化评价开展探索,为进一步研发和应用提供依据。方法应用FDA批准的吲哚菁绿(ICG)评价近红外成像在复杂创面伤情评估中的价值,应用课题组前期发现的具有肿瘤靶向特性的近红外染料IR-780评价其在外科手术切除肿瘤组织及淋巴结成像中的意义。通过对IR-780的动物体内成像实验对课题组协作研发的近红外荧光成像系统进行评价。结果应用ICG能够清晰实现糖尿病足和烧伤手指的血管成像,反映血液供应情况,对于评判血管闭塞程度和指导手术治疗具有潜在应用价值;应用IR-780能够实现对手术切除肿瘤病灶的识别及淋巴结显影,初步显示出潜在转化应用前景;通过对IR-780的动物成像研究显示,协作研发的近红外成像系统TPS-785-Ⅲ具有良好的成像功能,为后续开发奠定基础。结论近红外荧光成像显示出良好的临床应用前景,通过对近红外荧光探针和成像系统的进一步研究评价,可望为临床诊断治疗提供新的手段。

基于吲哚菁绿近红外荧光特性手术影像导航系统的设计

背景:近年来,吲哚氰绿因为其独特的物理性质和近红外光谱特性,正在被研究用来进行医学成像。目的:设计基于吲哚氰绿近红外荧光特性的手术影像导航系统。方法:依据原理设计光学系统和硬件系统,并开发出相应的软件系统,并利用前期实验进行系统成像效果验证。结果与结论:传统的方法是通过转换术前特定组织的医学成像信息来提供术中解剖学信息,但是这种方法应用于一些手术中有困难,因此通过手术中成像手段提供术中生物组织信息很重要。利用人体血液在成像系统下进行成像实验的结果显示,基于吲哚氰绿近红外荧光特性的手术影像导航系统对荧光感应度高,对照区分明显,成像效果好,方案可行。

近红外荧光电泳迁移率变动分析的实验方法

目的:分析最新近红外荧光标记(NIRF)电泳迁移率变动分析(EMSA)技术的优缺点,在此基础上对NIRF-EMSA技术进行实验方法的改进。方法:设计了3种NIRF-EMSA实验方法,即扫胶法、染胶法和扫膜法,通过实验比较了3种方法的实验程序复杂性、优缺点及检测成本,并将3种方法与化学发光EMSA进行了比较。结果:采用3种方法都可以取得良好的EMSA检测效果,但比较而言,间接扫膜法不仅效果良好,而且实验成本最低。结论:间接扫膜法是值得推广应用的最经济便捷的基于Odyssey红外荧光成像系统的近红外荧光EMSA实验方法。

红外荧光标记蛋白检测方法的优化

目的应用Odyssey双色红外荧光扫描成像系统定量检测蛋白质,通过对免疫印迹中转印膜和封闭液的筛选及抗体双标记的应用,优化红外荧光标记的蛋白检测方法。方法①差速离心法提取大鼠心肌组织膜蛋白,在转膜和封闭过程中比较了4组方案,通过对不同方案蛋白转印效率和背景噪音强度的差异比较,筛选最佳转印膜和封闭液;②运用抗体双标记的方法来研究不同种或不同形式蛋白在同一泳道的检测情况。结果①PVDF膜和脱脂奶粉封闭液结合应用,蛋白显现更清晰;②双重标记间隙连接蛋白43,同时检测到该蛋白两种形式。结论VDF膜、脱脂奶粉封闭液及抗体双标记的使用可以取得更好的红外荧光标记的蛋白检测结果。

近红外小动物活体荧光成像系统的研制

小动物活体荧光成像系统是研究现代生物医学的有力手段之一,但是现有的荧光成像系统穿透深度低、信噪比不高,严重制约了荧光成像技术在生物医学中的应用。利用近红外Ⅱ区光(1000～1350nm)在生物组织中的穿透深和成像信噪比高的特点,研制出了一套高性能的近红外小动物活体荧光成像系统。模拟实验表明:该系统具有信噪比高(57dB)和穿透深度深(大于10mm)的特点。通过利用该近红外小动物活体荧光成像系统对静脉注射有Ag2S量子点(荧光发射波长为1200nm)的小鼠进行观察,获得了小鼠全身血管网络及深层组织器官的高分辨率图像。

海洋和水环境航空光学遥感系统

本文介绍海洋环境监测的要求,以及构成航空水光学遥感系统的三种仪器 ——红外/紫外扫描仪、高光谱成像仪和激光荧光系统的工作原理和应用范围。

用于研究人凝血因子Ⅷ重链抗原表位的双色荧光免疫印迹分析法

目的:寻找更简便精确的方法来检测人凝血因子Ⅷ的抗原表位。方法:采用PCR技术从人凝血因子Ⅷ的克隆载体pENTR223.1/FⅧ上克隆出FⅧ重链(FⅧ-N)的cDNA。将cDNA插入原核载体pET21 a构建重组表达载体pET21 a-FⅧ-N,并转化大肠杆菌BL21(DE3),以IPTG诱导表达H is-FⅧ-N融合蛋白。以表达产物免疫BALB/c小鼠,制备小鼠抗FⅧ-N的抗血清。接着在重组表达载体pET21 a-FⅧ-N中引入内参F lagotag。对FⅧ-N进行定点突变,构建两个突变克隆N1和N2,对二者以及原FⅧ-N进行双色荧光免疫印迹分析。用双色红外激光成像系统进行扫描和定量分析,以绿荧光与红荧光的光密度比值表示突变克隆抗原性的大小。结果:双色荧光免疫印迹分析表明,突变克隆N1,N2的抗原性与原FⅧ-N相比均有显著下降(P<0.05)。FⅧ A2区的三个氨基酸残基Arg484,Arg489,Arg593对FⅧ-N抗原性起着重要的作用。结论:成功建立了人凝血因子Ⅷ重链抗原表位检测的双色荧光免疫印迹分析法。

近红外二区荧光纳米探针的制备及其在生物成像中的应用

通过Stille交叉偶联反应制备了一种具有供体-受体(D-A)结构的低能带隙共轭聚合物(pTB),并应用于小鼠的NIR-II生物成像.为了改善聚合物材料的水溶性和生物相容性,采用纳米沉积技术引入二硬脂酰磷脂酰乙酰胺-甲氧基聚乙二醇(DSPE-mPEG),合成了稳定的聚合物纳米粒子(pTB-PEG).通过核磁共振氢谱(1H-NMR)、紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)等测试对其结构、性能和形貌进行了表征分析,结果显示该共轭聚合物纳米颗粒在831 nm处有良好的吸收峰,具有206 nm的大斯托克斯(Stokes)位移;此外,该纳米粒子不但具备优良的光稳定性和良好的生物相容性,体外细胞的荧光共聚焦成像实验研究结果进一步表明这种粒子还具备良好的的光热治疗性能.更重要的是,由于该共轭聚合物的高发射(>1000 nm)特性,其成像深度为6 mm,远远超过了传统的近红外一区(NIR-I)试剂,并且有效地实现了对健康小鼠血管系统和荷瘤小鼠的的近红外二区(NIR-II)荧光成像.总体而言,共轭聚合物纳米粒子(pTB-PEG)具备杰出的生物相容性、优异的光稳定性和良好的光学功能,是一种极具前景的NIR-II成像探针,具备广泛应用于临床成像和活体肿瘤成像的潜力.

灵芝多糖对非酒精性脂肪肝大鼠PPARγ和环氧合酶-2表达的影响

目的:探讨灵芝多糖(GLPs)对非酒精性脂肪肝大鼠的防治作用及其对过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)和环氧合酶-2(COX-2)表达的影响。方法:SD大鼠72只随机分为6组,每组12只,正常对照组(N组),模型组(M组),灵芝多糖低、中、高剂量组(GLPs-L、GLPs-M、GLPs-H组)和辛伐他汀组(SV组)。用高脂饲料喂养建立大鼠非酒精性脂肪肝模型。经12周给药后,分别测定各实验组ALT、AST、脂联素和肿瘤坏死因子-α的含量;透射电镜观察肝组织超微结构;用逆转录聚合酶链反应法和Western Blot检测肝组织中PPARγ和COX-2 mRNA和蛋白的表达情况。结果:(1)灵芝多糖中、高剂量组血清ALT、AST和肿瘤坏死因子-α含量显著降低,而脂联素含量则明显升高(P<0.05或P<0.01),差异均有统计学意义;(2)肝组织病理学结果显示,M组大鼠肝组织中充满大小不等的脂滴,线粒体肿胀,染色体边集等;(3)M组肝组织PPARγmRNA和蛋白的表达显著降低(P<0.05或P<0.01),而COX-2 mR-NA和蛋白的表达显著升高(P<0.01),灵芝多糖中、高剂量组PPARγmRNA和蛋白的表达显著升高(P<0.05或P<0.01),同时COX-2 mRNA和蛋白的表达显著降低(P<0.05或P<0.01),差异均有统计学意义。结论:灵芝多糖能改善胰岛素抵抗,降低炎症因子的表达,对非酒精性脂肪肝有一定的防治作用。

神经影像学技术在类淋巴系统研究中的应用进展

类淋巴系统是维持大脑内环境稳定的重要流体动力学系统,亦是中枢神经系统疾病治疗干预的新靶点。类淋巴系统研究的关键在于对脑脊液示踪剂的微流体动力学分析。笔者现就MRI技术、双光子显微成像技术、近红外荧光成像技术和全颅宏观成像技术等多种神经影像学技术在类淋巴系统研究中的应用进展进行介绍,并总结其各自的技术优势,旨在为类淋巴系统的基础和临床研究提供方法学策略。

玉米遗传突变体群体创制和干旱反应突变体筛选与鉴定

利用自主性Mutator转座子玉米材料115F,330I,715D与玉米自交系材料B73,Mo17,97108,H9-21杂交,获得F1插入诱变群体,F1自交得F2群体.在田间观察F2单株的生物学特征及农艺学性状的表型变异,得到不同表型的突变体,对突变体进行了统计分析.在干旱胁迫下,利用远红外热成像仪对室内小钵种植的F2群体三叶期幼苗进行叶片温度的大规模扫描检测,选取叶温有明显差异的植株作为潜在突变株,共检测了38000余株,成功筛选到108株抗旱单株,121株旱敏感单株.通过重复红外温度检测、叶绿素荧光分析、叶片失水、光合特性分析和可溶性糖类、可溶性蛋白和脯氨酸含量测定对突变体进行了初步的鉴定分析.利用MuTAIL-PCR对获得的突变体进行基因克隆.该研究为深入开展玉米抗旱育种提供了实验材料.