NIR-II應(yīng)用｜無(wú)標(biāo)記近紅外二區(qū)熒光成像用于慢性肝臟疾病無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)

慢性肝臟疾病以及隨之帶來(lái)的肝纖維化是普遍且日益嚴(yán)重的公共健康問(wèn)題。非酒精性脂肪性肝�。∟AFLD, Non-alcoholic fatty liver disease）是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細(xì)胞內(nèi)脂肪過(guò)度沉積為主要特征的臨床病理綜合征。隨著全球肥胖和代謝疾病患者人數(shù)的增加，NAFLD逐漸成為慢性肝病的首要病因。
 

NAFLD的發(fā)展與多種病理生理學(xué)的破壞有關(guān)，其中氧化應(yīng)激是該疾病發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一。肝損傷和壞死性炎癥由驅(qū)動(dòng)纖維化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介導(dǎo)。目前，由于缺乏用于監(jiān)測(cè)炎癥和肝纖維化進(jìn)程的無(wú)創(chuàng)方法，肝活檢仍是臨床診斷NAFLD的金標(biāo)準(zhǔn)。
 

內(nèi)源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副產(chǎn)物，在808nm激光激發(fā)下，能夠在近紅外（NIR, Near-infrared;700nm-1000nm）和短波紅外（SWIR, Shortware-infrared;1000-2000nm）范圍內(nèi)檢測(cè)到。本文作者通過(guò)脂褐素的紅外成像無(wú)創(chuàng)評(píng)估壞死性炎癥活動(dòng)和纖維化階段，實(shí)現(xiàn)慢性肝病的無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)。
 

首先，在四氯化碳（CCl4, Carbon tetrachloride）誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型中，能夠在肝臟處檢測(cè)到自發(fā)熒光信號(hào)，而正常組小鼠肝臟處則無(wú)明顯的信號(hào)。在離體的肝臟中，也呈現(xiàn)相同的情況。

圖1. （a）進(jìn)行性纖維化組和對(duì)照組小鼠自發(fā)熒光 （b、c）6周后小鼠自發(fā)熒光強(qiáng)度 （d、e）6周后離體肝組織的自發(fā)熒光強(qiáng)度

隨后進(jìn)行的F4/80巨噬細(xì)胞標(biāo)記以及三種脂褐素/類固醇脂質(zhì)體染色劑蘇丹黑B染色（SBB, Sudan black B）、尼羅藍(lán)（NBS, Nile blue A sulfate）、高碘酸希夫糖酶（PAS-D, Periodic Acid Schiff Diastase）染色實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定脂褐素是肝纖維化小鼠模型中，自發(fā)熒光信號(hào)的來(lái)源。

圖2. 肝纖維化小鼠肝臟免疫組織化學(xué)染色切片明場(chǎng)圖片和自發(fā)熒光圖片

接著，在小鼠肝纖維化消退實(shí)驗(yàn)中，前3周進(jìn)行CCl4肝損傷的誘導(dǎo)，后5周進(jìn)行肝損傷的恢復(fù)，8周后小鼠的體內(nèi)熒光成像以及小鼠離體肝臟熒光成像顯示，肝纖維化消退組的小鼠與對(duì)照組的熒光強(qiáng)度無(wú)明顯的差異，而與8周CCl4誘導(dǎo)的小鼠相比，兩者的熒光強(qiáng)度有明顯的差異性。

圖3. （a）小鼠肝纖維化消退實(shí)驗(yàn)方案示意圖 （b、c）3組小鼠體內(nèi)熒光成像 （d、e）3組小鼠離體肝臟組織熒光成像

與此同時(shí)，作者還研究了在高脂飲食小鼠模型中利用脂褐素自發(fā)熒光對(duì)NAFLD進(jìn)行追蹤的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)小鼠體內(nèi)自發(fā)熒光圖像以及離體肝組織熒光圖像可以明顯的觀察到肝臟處的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，說(shuō)明隨著造模時(shí)間的延長(zhǎng)，肝臟處的脂褐素的濃度升高，肝纖維化的程度加深。

 圖4. （a）高脂飲食小鼠模型中，體內(nèi)肝臟處的自發(fā)熒光（b）離體肝臟的熒光成像

最后，研究人員進(jìn)一步證明了非酒精性脂肪性肝炎（NASH, Non-alcoholic steatohepatitis）患者的活檢樣本也表現(xiàn)出NASH與NASH肝硬化相關(guān)的NIR-SWIR自發(fā)熒光，NIR-SWIR自體熒光可以區(qū)分非肝硬化性NASH患者和NASH肝硬化患者，從而為進(jìn)一步研究慢性肝病診斷領(lǐng)域打開了大門。

圖5 （a）NASH患者樣本組織染色切片 （b）切片NIR-SWIR熒光成像

文獻(xiàn)來(lái)源： 

Nature Biomedical Engineering volume 4, pages801–813(2020)

紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng) - MARS

NIR-II in vivo imaging system 

高靈敏度 - 采用Princeton Instruments深制冷相機(jī)，活體穿透深度高于15mm。

高分辨率 - 獨(dú)家定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優(yōu)于3um

熒光壽命 - 分辨率優(yōu)于 5us

高速采集 - 速度優(yōu)于1000fps （幀每秒）

多模態(tài)系統(tǒng) - 可擴(kuò)展X射線輻照、熒光壽命、一區(qū)熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡 - 紅外二區(qū)高分辨顯微系統(tǒng)，兼容成像型光譜儀
 

恒光智影

上海恒光智影醫(yī)療科技有限公司，專注于紅外二區(qū)成像技術(shù)。致力于為生物醫(yī)學(xué)、臨床前和臨床應(yīng)用等相關(guān)領(lǐng)域的研究提供先進(jìn)的、一體化的成像解決方案。自主研發(fā)最新的紅外二區(qū)小動(dòng)物活體熒光成像系統(tǒng)-MARS。

與基于可見光波長(zhǎng)的傳統(tǒng)成像技術(shù)相比，我們的技術(shù)側(cè)重于X射線、紫外、紅外、短波紅外、太赫茲范圍，可為腫瘤學(xué)、神經(jīng)學(xué)、心血管、藥代動(dòng)力學(xué)等一系列學(xué)科的科研人員提供清晰的成像效果，助力科技研發(fā)。

同時(shí)，恒光智影還具備探針研發(fā)能力，我們已經(jīng)成功研發(fā)了超過(guò)15種探針，這些探針將廣泛地應(yīng)用于眾多生物科技前沿領(lǐng)域的相關(guān)研究中。