氧氣成像系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)小鼠皮膚組織氧合的應(yīng)用

瀏覽次數(shù)：408　發(fā)布日期：2023-12-27　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

公認(rèn)的導(dǎo)致嚴(yán)重組織缺氧的病理因素是癌癥和缺血。此外，活體中的感染和炎癥通常與受影響組織中極低的氧分壓有關(guān)。

極譜法氧氣傳感器仍然被認(rèn)為是測(cè)量氧分壓的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”。這種方法是有創(chuàng)的，電極本身會(huì)消耗氧氣，從而改變其氧氣微環(huán)境，并且只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量。

氧氣傳感是使用氧敏感染料的發(fā)光光學(xué)成像，這種染料以依賴于氧的方式猝滅發(fā)光。這些染料固定在透氧聚合物基質(zhì)層中。氧的分布是通過基于發(fā)光的讀出技術(shù)來確定的，我們想要比較三種量化小鼠皮膚氧分壓的方法，即極譜電極法和兩種將發(fā)光光學(xué)傳感器箔與特殊成像技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)——其中一種是VisiSens™ A1成像系統(tǒng)。

01、材料與方法

將雌性C57BL/6小鼠束縛，將其后腿置于加熱箔上5分鐘(40°C)以促進(jìn)氧氣通過皮膚擴(kuò)散。Clark 型電極(Ox-100，Unisense，丹麥)使用前在37°C的脫氧(使用Na2S2O5)或空氣飽和水中進(jìn)行了兩點(diǎn)校準(zhǔn)。將銳化的微電極（直徑100μm）推進(jìn)到腳墊的加熱皮膚中。使用微操作器以標(biāo)準(zhǔn)化方式進(jìn)行測(cè)量。每秒記錄兩次測(cè)量值，并使用 Sensor Trace PRO 3.1.3 軟件評(píng)估數(shù)據(jù)。

使用熒光比率成像(FRIM)或基于熒光壽命成像(FLIM)的光學(xué)讀出進(jìn)行的測(cè)量如下：將每只小鼠的腳固定在自粘式加熱箔上(圖1A)。先在腳上滴一滴水，然后在腳上覆蓋一層發(fā)光的氧傳感器薄膜。鋁箔與皮膚緊密接觸，確保傳感器和腳部之間不存在會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤測(cè)量的氣泡。使用透明膠帶將傳感器額外在小鼠腳的頂部（圖 1B）。沒有對(duì)腳施加過大的壓力。在平衡時(shí)間5分鐘后開始測(cè)量。FLIM使用CCD相機(jī)、可脈沖460 nm LED和濾光片組成的系統(tǒng)進(jìn)行。用氣體混合裝置產(chǎn)生的不同的pO2值對(duì)傳感器箔片進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)。使用軟件（Image X TG1 v 4.0）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。VisiSens™傳感器箔(SF-RPSu4，Presens)在使用前使用Na2S2O5進(jìn)行了校準(zhǔn)。使用安裝在三腳架上的VisiSens™探測(cè)器單元DU01原型（FRIM設(shè)備）在黑暗的環(huán)境中記錄信號(hào)。使用VisiSens™ AnalytiCal 1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖1

02、Clark 型電極測(cè)量

圖2顯示了使用銳化的 Clark型微電極的測(cè)量結(jié)果，該微電極是使用顯微操作器通過小鼠皮膚推進(jìn)的。微電極尖端施加的壓力會(huì)導(dǎo)致皮膚組織在穿透皮膚之前發(fā)生局部缺血。穿透后，局部壓力和壓力引起的局部缺血立即解除，導(dǎo)致記錄的血氧飽和度增加。微電極在組織中不再進(jìn)一步推進(jìn)，并在大約10秒內(nèi)記錄皮膚氧飽和度。最后，將微電極從組織中取出�？傊�，使用Clark型電極的實(shí)驗(yàn)表明，小鼠的平均皮膚氧飽和度為4.8%±1.8%(平均±標(biāo)準(zhǔn)差，n=7)。

圖2

03、基于FLIM的測(cè)量

使用基于FLIM的成像技術(shù)進(jìn)行了快速壽命成像測(cè)量，結(jié)果如圖3所示。表明平均皮膚氧飽和度為5.5%±0.9%(平均±標(biāo)準(zhǔn)差，n=14；圖3B)。

圖3

04、基于FRIM的測(cè)量

VisiSens™氧氣成像系統(tǒng)的比率測(cè)量結(jié)果如圖4所示。表明平均皮膚氧飽和度為5.4%±0.8%(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=16；圖4B)。

圖4

05、結(jié)論

我們已經(jīng)驗(yàn)證了VisiSens氧氣成像系統(tǒng)對(duì) Clark型微電極和基于FLIM的光學(xué)氧氣成像系統(tǒng)的有效性，以確定小鼠的皮膚氧飽和度。我們的數(shù)據(jù)表明，使用VisiSens或基于FLIM的光學(xué)氧氣成像系統(tǒng)進(jìn)行皮膚氧分壓的經(jīng)皮成像與使用經(jīng)典Clark型微電極進(jìn)行侵入性測(cè)量提供相同的氧氣濃度。與Clark型微電極相比，使用VisiSens系統(tǒng)進(jìn)行的氧氣測(cè)量很容易進(jìn)行。此外，光學(xué)傳感器可以對(duì)大面積皮膚的皮膚組織氧合進(jìn)行非侵入性量化。因此，基于FRIM的光學(xué)氧氣成像系統(tǒng)VisiSens是分析皮膚組織氧合的完美工具。綜上所述，這項(xiàng)技術(shù)將促進(jìn)我們對(duì)組織氧合的局部調(diào)節(jié)及其對(duì)癌癥、傳染病和心血管疾病發(fā)病機(jī)制的影響的理解。

氧傳感器箔SF-RPSu4 VisiSens™ AnalytiCal 1 軟件

實(shí)驗(yàn)來源：

Julian Hofmann1, Robert M. Meier2, Alexander Mahnke1, Valentin Schatz1, Gregor Liebsch3, Otto Wolfbeis2, and Jonathan Jantsch1
1Mikrobiologisches Institut - Institute of Clinical Microbiology, Immunology and Hygiene, University Hospital Erlangen, Germany
2Institute of Analytical Chemistry, Chemo- and Biosensors, University of Regensburg, Germany
3PreSens GmbH, Regensburg, Germany