הדמיית פלואורסצנטיות כמעט אינפרא אדום של מפרצות באבי העורקים בבטן

כפי שהשם מרמז, הדמיית NIRF משתמשת באור בתוך החלון הכמעט אינפרא אדום הראשון, החל מ 650 ננומטר ל 900 ננומטר, כדי לספק פוטונים לתוך רקמה. האנרגיה, E, של פוטון מאופיינת במשוואה 1, שבה h הוא הקבוע של הפלנק, c היא מהירות האור בריק, ו λ הוא אורך הגל של האור.

= (משוואה 1)

מולקולות פלואורסצנטיות ספציפיות למטרה הנקראות פלואורופורים מוזרמות בדרך כלל לחיה באמצעות הנדסה גנטית או באמצעות הזרקת וריד זנב לפני ההדמיה. פלואורופורים אלה סופגים אנרגיית פוטון, אשר מעלה את האנרגיה של המולקולות ממצב הקרקע, S₀, למצב לא יציב, נרגש S₁'. בשל חוסר היציבות של מצב S 1 ' , המולקולות להירגע לרמת האנרגיה הרטט הנמוכה ביותר בתוך מצב זה ולשחרר_אנרגיהבצורה של חום. הפלואורופורים, עכשיו במצב רגוע ונרגש S₁, ואז לחזור למצב הקרקע S₀, פולט אור אורך גל מסוים. האור הנפלט, בעל אורך גל ארוך יותר עקב פיזור האנרגיה בצורת חום, נלכד ומתועד באמצעות מערכת הדמיה פלואורסצנטית. המעבר הבסיסי בין ספקטרום הספיגה והפליטה נקרא משמרת סטוקס והוא חשוב מכיוון שהוא מאפשר להבחין בין אור העירור לאור הפליטה.

נציג ב- vivo ותמונות EX VIVO NIRF שנלקחו מכרסמים עם מפרצת באבי העורקים בבטן (AAAs) מוצגות באיורים 1-2. בדיקה פלואורסצנטית להפעלה הוזרקה באופן שיטתי דרך וריד הזנב כדי לדמיין את פעילות המטריצה metalloproteinase-2 (MMP2). MMP2 הוא אנזים אלסטליטי המעורב בהשפלת המטריצה החוץ תאית הממלאת תפקיד מרכזי בייזום והתקדמות של AAA. כל התמונות נרכשו באמצעות מסנן עירור של 625 ננומטר, מסנן פליטה של 700 ננומטר וזמן חשיפה של 60 שניות.

איור 1: נציג בתמונת VIVO NIRF של עכבר E-לקוי אפוליפופרוטאין שפיתח AAA בעקבות עירוי של אנגיוטנסין-II. רוב הכתמים הקטנים המציגים אות גבוה הם מ autofluorescence העור (חצים צהובים). כלי ההשמנה יכול להיות חזותי כמבנים צינוריים עם אותות פלואורסצנטיות גבוהה (חץ אדום). סרגל קנה מידה: 1 ס"מ.

איור 2 מראה עלייה בפעילות MMP2 באזור המפרצת של אב העורקים בבטן, כפי שניתן לראות מהעלייה הנצפית בעוצמת האות ביחס לאזורים בריאים של אב העורקים בבטן. תוצאה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות בספרות המציגות רמות MMP2 גבוהות בתוך AAAs. בדיקות פלואורסצנטיות עודפות היו מסוננות והצטברו בכליות, מה שהוביל אותות פלואורסצנטיים בהירים.

איור 2: תמונות NIRF של AAAs משני מודלים שונים של בעלי חיים: (A) AAA על-קדםי בעכבר אפוליפופרוטאין-E חסר ו-(B) AAA אינפרא-renal בחולדה עם אלסטז לבלב חזירי. חצים צהובים מצביעים על ה- AAAs. מוטות קשקשים: 3 מ"מ.

הדמיית NIRF מסתמכת על בדיקות פלואורסצנטיות כדי לכמת ולדמיין מכלולים ביומולקולריים ברקמות. אנרגיית פוטון נספגת מאור כמעט אינפרא אדום מרגשת מולקולות פלואורסצנטיות למצב אנרגיה גבוה יותר, והאור הנפלט עם אורך גל אופייני ארוך יותר נלכד על ידי מערכת הדמיה פלואורסצנטית. כאן, היישום של הדמיית NIRF כדי ללמוד פעילות MMP2 מפרצת באבי העורקים בבטן הודגם ויוו ו ex vivo. שלא כמו SPECT או PET, אשר נחשבים תקני הזהב בחקר תהליכים מטבוליים בגוף באופן לא פולשני, הדמיית NIRF היא טכניקת הדמיה מהירה וגבוהה תפוקה שאינה כרוכה קרינה מייננת. אחת המגבלות של מודאליות זו היא עומק החדירה הקטן יחסית שלה. למרות מגבלה זו הופכת הדמיה קלינית של רקמות עמוקות למאתגרת, הדמיית NIRF ממלאת תפקיד חשוב בחקר גידולים ומחלות לב וכלי דם בבעלי חיים קטנים.

בהתחשב בבדיקה הפלואורסצנטית המתאימה, ניתן לדמיין מבנים מולקולריים רבים באמצעות הליכי ההדמיה של NIRF שהוצגו כדי לחקור הן את חניכת המחלה והן את ההתקדמות במודלים קטנים של בעלי חיים. יישומי ex vivo ו- in vivo ספציפיים כוללים 1) הערכה של פעילות MMP vasculature מכרסמים, 2) גילוי מוקדם של גידול בסוגים שונים של סרטן, ו 3) הערכה של פרמקוקינטיקה ננו-חלקיקים וייחוס ביולוגי עבור יישומים טיפוליים. בנוסף לפעילות MMP2 מוגברת בתוך AAAs, בדיקות פלואורסצנטיות MMP אחרות נוצלו כדי ללמוד התקדמות טרשת עורקים ולאפיין הרכב מטריצה חוץ תאית לב לאחר אוטם שריר הלב. יתר על כן, ירוק אינודוקינין פלואורופור שימש לחקר זלוף רקמות במודלים מורינים של איסכמיה אחורית. כדי להרחיב יותר על היישום של דימות NIRF על גילוי מוקדם של סרטן, גידול ממוקד צבעי NIRF ניתן להשתמש כדי להעריך את שולי הגידול ולסייע בהליכי כריתה. שילוב של פלואורופורים כמעט אינפרא אדום לתוך חלקיקים שפותחו עבור אספקת תרופות מאפשר למדענים לפתח טיפולים יעילים יותר מבוססי חלקיקים עבור מגוון רחב של מחלות. לבסוף, היכולת למקם באופן מרחבי את האות הפלואורסצנטי בבעלי חיים שלמים או ברקמה שלמה היא יתרון ברור על פני מקרים אנזימטיים קונבנציונליים אחרים (זימוגרפיה של ג'ל) וניתוח חלבונים (כתם מערבי) הדורשים הקרבה של בעלי חיים ורקמות להיות הומוגניות.