Fluorescence Lifetime Macro Imager para aplicações biomédicas

Resumo

Este artigo descreve o uso de um novo imageador óptico rápido para a imagem macroscópica da vida útil da fotoluminescência de amostras emissoras de decaimento longo. Os procedimentos de integração, aquisição e análise das imagens são descritos, juntamente com a preparação e caracterização dos materiais sensores para a aquisição de imagens e a aplicação do imageador no estudo de amostras biológicas.

Resumo

Este trabalho apresenta um novo imageador de vida útil de fotoluminescência projetado para mapear a concentração de oxigênio molecular (O 2) em diferentes amostras fosforescentes, desde revestimentos sensíveis ao estado sólido do tipo O 2 até amostras de tecido animal vivo coradas com sondas solúveis sensíveis ao O₂. Em particular, a sonda de infravermelho próximo NanO2-IR, baseada em nanopartículas, que é excitável com um diodo emissor de luz (LED) de 625 nm e emite a 760 nm, foi usada. O sistema de imagem é baseado na câmera Timepix3 (Tpx3Cam) e no adaptador optomecânico, que também abriga um intensificador de imagem. A microscopia de imagem ao longo da vida da fosforescência (PLIM) do O₂ é comumente necessária para vários estudos, mas as plataformas atuais têm limitações em sua precisão, flexibilidade geral e usabilidade.

O sistema apresentado aqui é um imager rápido e altamente sensível, que é construído sobre um sensor óptico integrado e módulo de chip de leitura, Tpx3Cam. É mostrado para produzir sinais de fosforescência de alta intensidade e valores estáveis de vida a partir de amostras de tecido intestinal corados superficialmente ou fragmentos intraluminalmente corados do intestino grosso e permite o mapeamento detalhado dos níveis de tecido O₂ em cerca de 20 s ou menos. Experimentos iniciais sobre a imagem de hipóxia em tumores enxertados em animais inconscientes também são apresentados. Também descrevemos como o imageador pode ser reconfigurado para uso com materiais sensíveis ao O₂ baseados em corantes Pt-porfirina usando um LED de 390 nm para a excitação e um filtro passa-banda de 650 nm para emissão. Em geral, o imageador PLIM produziu medidas quantitativas precisas dos valores de vida útil das sondas usadas e respectivos mapas bidimensionais da concentração de O₂ . Também é útil para a obtenção de imagens metabólicas de modelos teciduais ex vivo e animais vivos.

Introdução

O 2 é um dos principais parâmetros ambientais para sistemas vivos, e o conhecimento da distribuição do O 2 e sua dinâmica é importante para muitos estudos biológicos _1,2,3. A avaliação da oxigenação tecidual por meio de sondas fosforescentes 4,5,6,7,8 e PLIM 9,10,11,12,13 vem ganhando popularidade nas pesquisas biológicas e médicas 3,9,14,15,16

Protocolo

Todos os procedimentos com animais foram realizados sob autorizações emitidas pela Health Products Regulatory Authority (HPRA, Irlanda) de acordo com a Diretiva do Conselho das Comunidades Europeias (2010/63/EU) e foram aprovados pelo Comitê de Ética em Experimentação Animal da University College Cork.

1. Preparação da amostra

1. Coloração com sonda de amostras de tecidos vivos ex vivo
   1. Para aplicações ex vivo , use amostras de tecido recém-isoladas de camundongos Balb/c fêmeas com 4 semanas de idade.
   2. No dia do experimento, eutanasiar um camundongo por decapitação e dissecar rapidam....

Resultados

Para aplicações de imagem ex vivo , fragmentos de tecido intestinal foram corados pela aplicação tópica da sonda NanO2-IR no lado seroso do tecido. Para uma coloração mais profunda, 1 μL da sonda foi injetado no lúmen. Neste último caso, a parede intestinal de 0,2-0,25 mm de espessura protegeu a sonda da câmera. Os dois processos de coloração estão demonstrados na Figura 2A.

As imagens resultantes de intensidade e PLIM estão apresentadas na.......

Discussão

Os protocolos acima fornecem uma descrição detalhada da montagem do novo imageador e seu funcionamento no modo FLIM/PLIM de microssegundos. A câmera Tpx3Cam de nova geração baseada em TCSPC, acoplada por meio do adaptador optomecânico Cricket com o intensificador de imagem, filtro de emissão e macrolente, produz um módulo óptico estável, compacto e flexível que é fácil de operar. O imageador mostrou um bom desempenho com uma variedade de diferentes amostras e tarefas analíticas, que incluíram a caracteriza.......

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
627 nm LED	Parts Express		Can be replaced with different LED based on the excitation wavelength of the sensor. Used 390 nm LED for Pt-porphyrin dyes.
760 ± 50 nm emission filter	Edmund Optics	84-788	Can be replaced with different filter based on the emission wavelength of the sensor. Used 650 ± 50 nm bandpass filter for Pt-porphyrin dyes.
Balb/c mice	Envigo, UK	Balb/c
Black box	Thorlabs	XE25C9/M
Cricket Adapter	Photonis	Cricket-2
CT26 cells	ATCC	CT26.WT	https://www.atcc.org/products/crl-2638
DMEM	Sigma-Aldrich	D0697	Other media can also be used
ImageJ Software	ImageJ		Free Image analysis software. Can be downloaded from: https://imagej.nih.gov/ij/index.html
MCP-125 image intensifier with P47 phosphor screen	Photonis	PP0360EF
Mini dishes	Sarstedt	83.3900.300	35 mm diameter
Mylar plastic film, 75 micron	RS Ireland	785-0795	Othe plastic substrates can also be used
NanO2-IR	home-made	n/a	The probe can be synthesised according to the published method 'Tsytsarev V, Arakawa H, Borisov S, Pumbo E, Erzurumlu RS, Papkovsky DB. In vivo imaging of brain metabolism activity using a phosphorescent oxygen-sensitive probe. J Neurosci Methods. 2013 Jun 15;216(2):146-51. doi: 10.1016/j.jneumeth.2013.04.005. Epub 2013 Apr 25. PMID: 23624034; PMCID: PMC3719178.' or provided by our lab.
NMV-50M11” 50 mm lens	Navitar		Other lenses compatibel with C-mount adators can be used
Optical breadboard	Thorlabs	MB1836
Petri Dishes	Sarstedt	82.1472.001	92 mm diameter
Power Supply	Tenma	72-10495
Pulse Generator	Tenma	TGP110
Sophy	Amsterdam Scientific Instruments	n/z	Provided by ASI together with the Tpx3Cam
Tpx3Cam	Amsterdam Scientific Instruments	TPXCAM
Tri2 Software	University of Oxford	n/a	Free Time Resolved Imaging software, can be downloaded from: https://users.ox.ac.uk/~atdgroup/index.shtml
XYZ Translation Stage	Thorlabs	LT3