腹主动脉瘤的近红外荧光成像

顾名思义，NIRF 成像利用第一个近红外窗口内光，范围从 650 nm 到 900 nm，将光子送入组织。光子的能量，E，以方程1为特征，其中h是普朗克的常数，c是真空中的光速，α是光的波长。

* （公式 1）

目标特异性荧光分子称为荧光道，通常通过基因工程或通过在成像前通过尾静脉注射引入动物。这些荧光量道吸收光子能量，将分子的能量从地面状态_S0提高到不稳定的兴奋状态_S1。由于_S1状态的不稳定性，分子在那种状态内放松到最低的振动能量水平，以热的形式释放能量。荧光道，现在在放松，兴奋状态_S1，然后返回到地面状态_S0，以特定波长发光。由于热量以热的形式消散，发射的光波长较长，然后使用荧光成像系统捕获和记录。吸收和发射光谱之间的根本偏移称为斯托克斯移位，这很重要，因为它能够区分激发光和发射光。

从患有腹部主动脉瘤（AAA）的啮齿动物拍摄的体内和体外NIRF图像如图1-2所示。通过尾静脉系统注入一个可激活的荧光探针，以可视化基质金属蛋白酶-2（MMP2）活性。MMP2 是一种弹性溶酶，参与细胞外基质的降解，在 AAA 的启动和进展中起着重要作用。所有图像均使用 625 nm 激励滤波器、700 nm 发射滤镜和 60 秒曝光时间采集。

图1:一种在体内的NIRF代表图像，该小鼠在注射血管紧张素-II后，研制出AAA。大多数显示高信号的小斑点来自皮肤自荧光（黄色箭头）。血管可以可视化为具有高荧光信号（红色箭头）的管状结构。刻度栏:1 厘米。

图2显示腹部主动脉瘤区域MMP2活性增加，从观察到的信号强度相对于腹部主动脉健康区域的增加可见一斑。此结果与显示 AAA 内 MMP2 水平升高的文献中的结果一致。多余的荧光探针被过滤和积累在肾脏中，导致明亮的荧光信号。

图2:来自两种不同动物模型的AAA的NIRF图像:（A）血管紧张素II-注入脂蛋白-E缺乏小鼠的超量AAA和（B）注入猪胰腺乳酸酶的大鼠的肾上腺AAA。黄色箭头指向 AAA。刻度线:3 毫米。

NIRF 成像依靠荧光探针对组织中的生物分子组件进行量化和可视化。近红外光吸收的光子能量将荧光分子激发到更高的能量状态，荧光成像系统捕获具有较长特征波长的发射光。在这里，NIRF成像对腹部主动脉瘤MMP2活性的研究在体内和体外进行了演示。与SPECT或PET不同，它被认为是研究人体非侵入性代谢过程的黄金标准，NIRF成像是一种快速、高通量的成像技术，不涉及电离辐射。这种模式的局限性之一是渗透深度相对较小。虽然这一局限性使深层组织的临床成像具有挑战性，但NIRF成像在研究小动物肿瘤和心血管疾病方面起着重要的作用。

给定适当的荧光探针，许多分子结构可以使用呈现的NIRF成像程序进行可视化，以研究小动物模型中的疾病启动和进展。特定的体外和体内应用包括:1） 评估啮齿动物血管中的 MMP 活性，2） 不同类型的癌症的早期肿瘤检测，以及 3） 对纳米粒子药代动力学和治疗应用的生物分布的评估。除了AAA内增加的MMP2活性外，其他MMP荧光探针还被用于研究动脉粥样硬化进展和心肌梗死后心脏细胞外基质组合特征。此外，氟磷进青青用于研究后肢缺血的小鼠模型中的组织灌注。为了详细说明NIRF成像在早期癌症检测中的应用，肿瘤靶向NIRF染料可用于评估肿瘤边缘并协助切除程序。近红外荧光荧光道与纳米粒子的整合，用于药物输送，使科学家能够开发出更有效的纳米粒子治疗各种疾病。最后，与其他传统的酶测定（凝胶酶学）和蛋白质分析（西方斑点）相比，在整个动物或完整组织中对荧光信号进行空间本地化的能力具有明显优势，这些分析要求动物被牺牲，组织要同质化。