“活力四射”的近红外荧光探针标记技术在小动物活体成像中的应用[创新技巧]

近红外荧光成像技术在小动物活体成像方面有着重要的应用前景，通过荧光探针标记可以观察并示踪肿瘤以及其代谢转移等。来自莱顿大学的研究团队在PLoS ONE中发表了一篇文章，利用Li-cor公司的近红外探针IRDye 800CW 2-DG / IRDye 800CW EGF对4T1-luc2乳腺癌细胞系进行标记在Li-cor公司的Pearl中观察并示踪肿瘤的转移。利用Li-cor公司的Odyssey对肿瘤切片进行扫描，观察肿瘤的定位。作者认为近红外荧光标记成像有着媲美于发光成像的灵敏度和信噪比，在临床前研究以及后期的临床应用譬如影像示踪手术中有着重要的意义。

生物发光成像和荧光成像广泛的应用于小鼠体内的肿瘤研究。生物发光成像背景低，但是由于某些因素限制导致其不能广泛应用，譬如在一些自发的或者化学剂诱导的肿瘤模型中，他们不能表达生物发光基因。而且引入的发光蛋白（luciferase）会引起小鼠体内免疫应答。在后期的临床应用中，如影像介导治疗中也不能进行应用。而近年来，近红外荧光探针技术的发展使得我们在肿瘤示踪方面多了一个选择。作者认为利用近红外荧光成像技术在中肿瘤研究方面有很大优势，近红外波段在600nm~900nm，一些生物大分子，如血液中的血红蛋白和水等在此波段吸收值小，光的透过率高。而且，在近红外区域小鼠体内的生物大分子自发的荧光信号较低，信噪比高。作者提到当前，市面上有两种可购买的商业化近红外荧光探针。一种是所谓的蛋白酶活化的探针，通过酶活作用来示踪肿瘤，如基质金属蛋白酶（MMPs）或组织蛋白酶；他们都在肿瘤细胞及其周围的基质中过表达。另一种是靶向探针，能够与肿瘤细胞膜表面的特异性的目标蛋白进行结合，譬如葡萄糖转运蛋白（GLUTs）、表皮生长因子受体（EGFR、HER2）等。由于糖酵解和细胞增殖的过程使得这些转运蛋白和肿瘤细胞表面受体在各种肿瘤细胞中是过表达的一个过程。以上提到的两种探针都可以通过700nm和800nm的荧光染料进行标记，而且可以在两个波长下进行同时的观察。而这种光谱分解的技术使得我们在小动物活体成像中能够同时进行两个通道的观察。

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作者对这两种类型的探针ProSense680 /MMPSense680和IRDye 800CW 2-DG / IRDye 800CW EGF在4T1-luc2乳腺癌细胞系中的激活和结合能力进行了测定和评价，结果如下，随着标记的探针浓度的增加，其荧光信号值逐渐增强。在荧光显微镜下可准确观察到红色的探针已结合到细胞。

 
为了比较化学发光法和近红外荧光成像技术，作者将4T1-luc2乳腺癌细胞系接种到裸鼠体内，利用其能够表达荧光素酶进行发光成像。同时，对4T1-luc2乳腺癌细胞系利用近红外探针（ProSense680 /MMPSense680和IRDye 800CW 2-DG / IRDye 800CW EGF）进行标记，比较这两种方法在成像能力的变化。作者发现在**天，在接种1.25X104个细胞数就可以检测到信号值，而近红外标记技术则需要5X104个细胞数。然而，在第四天近红外荧光法在1.25X104个细胞数不仅可以检测到荧光信号值，而且远远的大于荧光素酶发光法。

作者为验证近红外荧光标记法的四种探针（ProSense680 /MMPSense680和IRDye 800CW 2-DG / IRDye 800CW EGF）动态影像的能力，在乳腺癌肿瘤小鼠模型体内分别进行了发光成像和近红外成像观察裸鼠体内的乳腺癌的生长变化，从第四天到第18天进行成像。**天E和I中，在膀胱中也可观察到荧光信号，作者认为是荧光探针代谢进入到膀胱，随着时间的推移，在后期的成像中没有发现荧光信号。作者后期处死小鼠，并且将小鼠肺脏去除进行成像，不论是生物发光法还是近红外探针标记成像法都可以观察到小鼠肺脏的信号，揭示肿瘤转移至小鼠肺脏部位。同时，也表明了近红外探针标记成像技术在肿瘤动态成像中的能力。作者将肺部组织做成石蜡切片进行HE染色，也观察到了肺部的肿瘤组织的存在。

   
 
*后，作者对小鼠体内的乳腺癌组织进行了免疫组织化学和免疫荧光实验的分析，其中免疫组织化学实验作者分别用的是以下四种抗体：EGFR (A), GLUT-1 (B), MMP-9 (C) and CathepsinB (D)，免疫荧光实验，先前实验标记的探针分别为：IRDye 800CW EGF (E), IRDye 800CW 2-DG (F), MMPSense680 (G) or ProSense680 (H）；直接将切片在Odyssey Clx（美国Li-Cor公司）上进行扫描成像研究肿瘤的分布。结果如下图所示：

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作者认为考虑到高灵敏度和低背景，生物发光法在小动物活体成像中应用的极为广泛。作者认为近红外荧光标记技术在灵敏度方面还是略低于生物发光，但是近红外荧光标记技术是一个值得信赖的选择，尤其是对于有些生物发光不能应用乃至后期的临床研究中的一些限制等。但近红外荧光标记技术也可达到很高的信噪比和灵敏度。此外，这种方法可以直接应用于临床。作者提到他们已经成功的讲这种方法应用于临床的癌前淋巴结（近红外荧光染料吲哚菁绿ICG标记）的观察TBR是荧光特异性的一个重要的判断指标。作者发现探针ProSense680, IRDye 800CW 2-DG, MMPSense680 and IRDye 800CW EGF 的值在 2.29到 4.02. 通过实验证实IRDye 800CW EGF具有很高的TBR（Value=4.02），作者认为TBR值大于2时，这些探针可以用于临床手术中的影像示踪。

*后作者总结到近红外荧光标记技术在观察肿瘤的生长和代谢方面是一个可行的方法，它表现出了很好的灵敏度和特异性。而且可以同时进行两个通道的观察，同时对多种肿瘤的特性进行研究。这种近红外荧光探针标记技术在临床前的研究乃至后期的临床应用譬如影像示踪手术中有着重要的意义。

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Dual-Wavelength Imaging of Tumor Progression by Activatable and Targeting Near-Infrared Fluorescent Probes in a Bioluminescent Breast Cancer Model

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