無標記近紅外二區熒光成像用于慢性肝臟疾病無創監測

NIR-II應用｜無標記近紅外二區熒光成像用于慢性肝臟疾病無創監測

慢性肝臟疾病以及隨之帶來的肝纖維化是普遍且日益嚴重的公共健康問題。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD, 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胞內脂肪過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的增加，NAFLD逐漸成為慢性肝病的首要病因。
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NAFLD的發展與多種病理生理學的破壞有關，其中氧化應激是該疾病發展的關鍵驅動力之一。肝損傷和壞死性炎癥由驅動纖維化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介導。目前，由于缺乏用于監測炎癥和肝纖維化進程的無創方法，肝活檢仍是臨床診斷NAFLD的金標準。
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內源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副產物，在808nm激光激發下，能夠在近紅外（NIR, Near-infrared;700nm-1000nm）和短波紅外（SWIR, Shortware-infrared;1000-2000nm）范圍內檢測到。本文作者通過脂褐素的紅外成像無創評估壞死性炎癥活動和纖維化階段，實現慢性肝病的無創監測。
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首先，在四氯化碳（CCl4, Carbon tetrachloride）誘導的肝纖維化小鼠模型中，能夠在肝臟處檢測到自發熒光信號，而正常組小鼠肝臟處則無明顯的信號。在離體的肝臟中，也呈現相同的情況。

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圖1. （a）進行性纖維化組和對照組小鼠自發熒光 （b、c）6周后小鼠自發熒光強度 （d、e）6周后離體肝組織的自發熒光強度

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隨后進行的F4/80巨噬細胞標記以及三種脂褐素/類固醇脂質體染色劑蘇丹黑B染色（SBB, Sudan black B）、尼羅藍（NBS, Nile blue A sulfate）、高碘酸希夫糖酶（PAS-D, Periodic Acid Schiff Diastase）染色實驗進一步確定脂褐素是肝纖維化小鼠模型中，自發熒光信號的來源。

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圖2. 肝纖維化小鼠肝臟免疫組織化學染色切片明場圖片和自發熒光圖片

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接著，在小鼠肝纖維化消退實驗中，前3周進行CCl4肝損傷的誘導，后5周進行肝損傷的恢復，8周后小鼠的體內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照組的熒光強度無明顯的差異，而與8周CCl4誘導的小鼠相比，兩者的熒光強度有明顯的差異性。

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

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與此同時，作者還研究了在高脂飲食小鼠模型中利用脂褐素自發熒光對NAFLD進行追蹤的實驗。通過小鼠體內自發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度逐漸增強，說明隨著造模時間的延長，肝臟處的脂褐素的濃度升高，肝纖維化的程度加深。

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

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最后，研究人員進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出NASH與NASH肝硬化相關的NIR-SWIR自發熒光，NIR-SWIR自體熒光可以區分非肝硬化性NASH患者和NASH肝硬化患者，從而為進一步研究慢性肝病診斷領域打開了大門。

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

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文獻來源：?

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

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紅外二區小動物活體熒光成像系統 -?MARS

NIR-II in vivo imaging system?

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

高分辨率?- 獨家定制高分辨大光圈紅外鏡頭，空間分辨率優于3um

熒光壽命?- 分辨率優于?5us

高速采集?- 速度優于1000fps?（幀每秒）

多模態系統?- 可擴展X射線輻照、熒光壽命、一區熒光成像、原位成像光譜，CT等

顯微鏡?- 紅外二區高分辨顯微系統，兼容成像型光譜儀