measuring-diffusion-coefficients-via-two-photon-fluorescence-recovery

Measuring Diffusion Coefficients via Two-photon Fluorescence Recovery After Photobleaching

Multi-fluorescence recovery after photobleaching is a microscopy technique used to measure the diffusion coefficient (or analogous transport parameters) ...

University of Rochester

&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x8367;&#x5149;&#x5149;&#x6F02;&#x767D;&#x540E;&#x7684;&#x6062;&#x590D;&#x662F;&#x7528;&#x6765;&#x8861;&#x91CF;&#x6269;&#x6563;&#x7684;&#x5927;&#x5206;&#x5B50;&#x5728;&#x751F;&#x7269;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x7684;&#x65E2;&#x5B9A;&#x663E;&#x5FAE;&#x955C;&#x6280;&#x672F;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x5236;&#x5B9A;&#x4E86;&#x6539;&#x8FDB;&#x7684;&#x6A21;&#x578B;&#x7684;&#x8367;&#x5149;&#x590D;&#x82CF;&#xFF0C;&#x5305;&#x62EC;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x5185;&#x5BF9;&#x6D41;&#x6D41;&#x52A8;&#x7684;&#x6548;&#x679C;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x8BC1;&#x660E;&#x901A;&#x8FC7;&#x4F53;&#x5916;&#x8BD5;&#x9A8C;&#x8FD9;&#x4E24;&#x4E2A;&#x7EC4;&#x4EF6;&#x5BF9;&#x6D41;&#x6269;&#x6563;&#x6A21;&#x578B;&#x7684;&#x6709;&#x6548;&#x6027;&#x4E0E;&#x5DF2;&#x77E5;&#x7684;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x548C;&#x5DF2;&#x77E5;&#x7684;&#x6D41;&#x91CF;&#x7684;&#x901F;&#x5EA6;&#xFF0C;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x4E2D;&#xFF0C;&#x5E76;&#x663E;&#x793A;&#x5BF9;&#x6D41;&#x6269;&#x6563;&#x6A21;&#x578B;&#x901A;&#x8FC7;&#x542F;&#x7528;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x7684;&#x51C6;&#x786E;&#x6D4B;&#x5B9A;&#x62D3;&#x5BBD;&#x540E;&#x5149;&#x6F02;&#x767D;&#x6280;&#x672F;&#x7684;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x8367;&#x5149;&#x6062;&#x590D;&#x7684;&#x9002;&#x7528;&#x6027;&#xFF0C;&#x751A;&#x81F3;&#x5F53;&#x91CD;&#x5927;&#x7684;&#x6D41;&#x52A8;&#x90FD;&#x662F;&#x672C;&#x3002;&#x53E6;&#x5916;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x53D1;&#x73B0;&#x6B64;&#x6A21;&#x578B;&#x5141;&#x8BB8;&#x5728;&#x67D0;&#x4E9B;&#x5236;&#x5EA6;&#x4E2D;&#x7684;&#x6C34;&#x6D41;&#x901F;&#x5EA6;&#x540C;&#x65F6;&#x6D4B;&#x91CF;&#x3002;&#x6700;&#x540E;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x901A;&#x8FC7;&#x6D4B;&#x91CF;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x8868;&#x660E;&#x4F53;&#x5185;&#x7684;&#x5BF9;&#x6D41;&#x6269;&#x6563;&#x6A21;&#x578B;&#x7684;&#x6709;&#x6548;&#x6027;&#x548C;&#x6D41;&#x901F;&#x7684; 4T1 &#x5C0F;&#x9F20;&#x4E73;&#x817A;&#x817A;&#x764C;&#x80BF;&#x7624;&#x8840;&#x7BA1;&#x5185;&#x690D;&#x5165;&#x7684;&#x80CC;&#x76AE;&#x8936;&#x5206;&#x5EAD;&#x3002;

&#x6539;&#x8FDB;&#x7684;&#x8367;&#x5149;&#x6062;&#x590D;&#x6A21;&#x578B;&#x6269;&#x5C55;&#x540E;&#x6F02;&#x767D;&#x4F53;&#x5185;&#x7684;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x8367;&#x5149;&#x6062;&#x590D;&#x5E94;&#x7528;&#x3002;

Multiphoton fluorescence recovery after photobleaching is a well-established microscopy technique used to measure the diffusion of macromolecules in biological systems. We have developed an improved model of the fluorescence recovery that includes the effects of convective flows within a system. We demonstrate the validity of this two-component diffusion-convection model through in vitro experimentation in systems with known diffusion coefficients and known flow speeds, and show that the diffusion-convection model broadens the applicability of the multiphoton fluorescence recovery after photobleaching technique by enabling accurate determination of the diffusion coefficient, even when significant flows are present. Additionally, we find that this model allows for simultaneous measurement of the flow speed in certain regimes. Finally, we demonstrate the effectiveness of the diffusion-convection model in vivo by measuring the diffusion coefficient and flow speed within tumor vessels of 4T1 murine mammary adenocarcinomas implanted in the dorsal skinfold chamber.

Improved model of fluorescence recovery expands the application of multiphoton fluorescence recovery after photobleaching in vivo.

Multiphotonique recouvrement de fluorescence apr&#xE8;s photoblanchiment est une technique de microscopie bien &#xE9;tablie utilis&#xE9;e pour mesurer la diffusion de macromol&#xE9;cules dans des syst&#xE8;mes biologiques. Nous avons d&#xE9;velopp&#xE9; un mod&#xE8;le am&#xE9;lior&#xE9; de la r&#xE9;cup&#xE9;ration de fluorescence qui inclut les effets des flux de convection au sein d&#x26;#39;un syst&#xE8;me. Nous d&#xE9;montrons la validit&#xE9; de cette bi-composant de diffusion-convection mod&#xE8;le &#xE0; travers une exp&#xE9;rimentation in vitro dans des syst&#xE8;mes avec des coefficients de diffusion connus et les vitesses d&#x26;#39;&#xE9;coulement connus, et de montrer que le mod&#xE8;le de diffusion-convection &#xE9;largit l&#x26;#39;applicabilit&#xE9; de la reprise multiphotonique fluorescence apr&#xE8;s photoblanchiment technique en permettant pr&#xE9;cise la d&#xE9;termination du coefficient de diffusion, m&#xEA;me lorsque les flux significatifs sont pr&#xE9;sents. En outre, nous constatons que ce mod&#xE8;le permet pour la mesure simultan&#xE9;e de la vitesse d&#x26;#39;&#xE9;coulement dans certains r&#xE9;gimes. Enfin, nous d&#xE9;montrons l&#x26;#39;efficacit&#xE9; du mod&#xE8;le de diffusion-convection in vivo en mesurant le coefficient de diffusion et de la vitesse d&#x26;#39;&#xE9;coulement dans les vaisseaux tumoraux murins 4T1 de ad&#xE9;nocarcinomes mammaires implant&#xE9;es dans la chambre dorsale du pli cutan&#xE9;.

Un mod&#xE8;le am&#xE9;lior&#xE9; de la Fluorescence Recovery &#xE9;tend l&#x26;#39;application des Fluorescence Recovery After Photobleaching multiphotonique in vivo

Multiphoton Fluoreszenz Recovery after Photobleaching ist eine gut etablierte Mikroskopie-Technik verwendet, um die Verbreitung von Makromolek&uuml;len in biologischen Systemen messen. Wir haben ein verbessertes Modell der Fluoreszenz-Erholung entwickelt, die die Auswirkungen von konvektiven Str&ouml;me innerhalb eines Systems umfasst. Wir zeigen die G&uuml;ltigkeit dieses Zweikomponenten-Verbreitung-Konvektion-Modells durch in-vitro-Experimente in Systemen mit bekannten Diffusionskoeffizienten und bekannten Str&ouml;mungsgeschwindigkeiten und zeigen, dass das Verbreitung-Konvektion-Modell erweitert die Anwendbarkeit der multiphoton Fluoreszenz-Erholung nach Photobleaching Technik erm&ouml;glicht die genaue Bestimmung der Diffusionskoeffizient, auch wenn erhebliche Str&ouml;me vorhanden sind. Dar&uuml;ber hinaus finden wir, dass dieses Modell f&uuml;r die gleichzeitige Messung von der Str&ouml;mungsgeschwindigkeit in bestimmten Regimen erm&ouml;glicht. Schlie&szlig;lich zeigen wir die Wirksamkeit des in-vivo Verbreitung-Konvektion-Modells durch die Messung der Diffusionskoeffizient und Str&ouml;mungsgeschwindigkeit im Tumor Schiffe der 4T1 murinen Mamma Adenokarzinome in der dorsalen Hautfalte Kammer eingepflanzt.

Verbessertes Modell der Fluoreszenz-Wiederherstellung wird die Anwendung von multiphoton Fluoreszenz Recovery nach Photobleaching in-vivo erweitert.

Recupero multifotonica fluorescenza dopo photobleaching &egrave; una tecnica ben consolidata microscopia utilizzata per misurare la diffusione di macromolecole nei sistemi biologici. Abbiamo sviluppato un modello migliorato del recupero fluorescenza che include gli effetti dei flussi convettivi all&#39;interno di un sistema. Noi dimostrare la validit&agrave; di questo modello di diffusione-convezione del due-componente attraverso la sperimentazione in vitro in sistemi con coefficienti di diffusione conosciuta e velocit&agrave; di flusso conosciuti e dimostrano che il modello di diffusione-convezione amplia l&#39;applicabilit&agrave; del recupero multifotonica fluorescenza dopo photobleaching tecnica attivando la precisa determinazione del coefficiente di diffusione, anche quando significativi flussi sono presenti. Inoltre, troviamo che questo modello consente per la misura simultanea della velocit&agrave; di flusso in certi regimi. Infine, ci dimostrano l&#39;efficacia del modello di diffusione-convezione in vivo mediante misurazione del coefficiente di diffusione e velocit&agrave; di flusso all&#39;interno di vasi tumorali di adenocarcinoma mammario murino 4T1 impiantato nella dorsale skinfold camera.

Modello migliorato del recupero di fluorescenza si espande l&#39;applicazione di recupero multifotonica fluorescenza dopo photobleaching in vivo.

&#x9000;&#x8272;&#x5F8C;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x591A;&#x306F;&#x3001;&#x751F;&#x7269;&#x5B66;&#x7684;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x9AD8;&#x5206;&#x5B50;&#x306E;&#x62E1;&#x6563;&#x3092;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x5B9A;&#x8A55;&#x306E;&#x9855;&#x5FAE;&#x93E1;&#x6280;&#x8853;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x5185;&#x306E;&#x5BFE;&#x6D41;&#x306E;&#x6D41;&#x308C;&#x306E;&#x5F71;&#x97FF;&#x304C;&#x542B;&#x307E;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x306E;&#x6539;&#x826F;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x3092;&#x958B;&#x767A;&#x3057;&#x307E;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x3001;&#x65E2;&#x77E5;&#x306E;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x3068;&#x65E2;&#x77E5;&#x306E;&#x30D5;&#x30ED;&#x30FC;&#x901F;&#x5EA6;&#x3092;&#x6301;&#x3064;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x306E;in vitro&#x5B9F;&#x9A13;&#x3067;&#x304B;&#x3089;&#x3053;&#x306E;&#x4E8C;&#x6210;&#x5206;&#x62E1;&#x6563;&#x5BFE;&#x6D41;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x306E;&#x59A5;&#x5F53;&#x6027;&#x3092;&#x5B9F;&#x8A3C;&#x3057;&#x3001;&#x62E1;&#x6563;&#x5BFE;&#x6D41;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x304C;&#x6B63;&#x78BA;&#x3067;&#x6709;&#x52B9;&#x306B;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x3001;&#x9000;&#x8272;&#x30C6;&#x30AF;&#x30CB;&#x30C3;&#x30AF;&#x5F8C;&#x306E;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x306E;&#x9069;&#x7528;&#x53EF;&#x80FD;&#x6027;&#x3092;&#x5E83;&#x3052;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x308B;&#x91CD;&#x8981;&#x306A;&#x30D5;&#x30ED;&#x30FC;&#x304C;&#x5B58;&#x5728;&#x3057;&#x3066;&#x3082;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x306E;&#x6C7A;&#x5B9A;&#x3002;&#x3055;&#x3089;&#x306B;&#x3001;&#x3053;&#x306E;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x306F;&#x3001;&#x7279;&#x5B9A;&#x306E;&#x5236;&#x5EA6;&#x306E;&#x6D41;&#x901F;&#x306E;&#x540C;&#x6642;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x3092;&#x53EF;&#x80FD;&#x306B;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x308F;&#x304B;&#x308A;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6700;&#x5F8C;&#x306B;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x80CC;&#x5074;&#x76AE;&#x4E0B;&#x8102;&#x80AA;&#x30C1;&#x30E3;&#x30F3;&#x30D0;&#x30FC;&#x5185;&#x306B;&#x6CE8;&#x5165;&#x3057;4T1&#x30DE;&#x30A6;&#x30B9;&#x4E73;&#x817A;&#x817A;&#x764C;&#x306E;&#x816B;&#x760D;&#x8840;&#x7BA1;&#x5185;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x3068;&#x6D41;&#x901F;&#x3092;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x306B;&#x3088;&#x308A;&#x3001;&#x751F;&#x4F53;&#x5185;&#x3067;&#x306E;&#x62E1;&#x6563;&#x5BFE;&#x6D41;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x306E;&#x6709;&#x52B9;&#x6027;&#x3092;&#x793A;&#x3059;&#x3002;

&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x306E;&#x6539;&#x826F;&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x3067;&#x306F;&#x3001;in vivo&#x3067;&#x306E;&#x9000;&#x8272;&#x5F8C;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x3078;&#x306E;&#x5FDC;&#x7528;&#x3092;&#x62E1;&#x5927;

Multiphoton &#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C; &#xD6C4; photobleaching &#xC124;&#xB9BD; &#xD604;&#xBBF8;&#xACBD; &#xAE30;&#xC220;&#xC740; &#xC0DD;&#xBB3C; &#xD559;&#xC801; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC5D0;&#xC11C; &#xACE0;&#xBD84;&#xC790;&#xC758; &#xD655;&#xC0B0;&#xC744; &#xCE21;&#xC815; &#xD558;&#xB294; &#xB370; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C; &#xB0B4;&#xC5D0;&#xC11C; &#xB300;&#xB958; &#xD750;&#xB984;&#xC758; &#xD6A8;&#xACFC; &#xD3EC;&#xD568; &#xD558;&#xB294; &#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C;&#xC758; &#xD5A5;&#xC0C1; &#xB41C; &#xBAA8;&#xB378;&#xC744; &#xAC1C;&#xBC1C; &#xD588;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; &#xC54C;&#xB824;&#xC9C4;&#xB41C; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218; &#xBC0F; &#xC54C;&#xB824;&#xC9C4;&#xB41C; &#xD750;&#xB984; &#xC18D;&#xB3C4;&#xC640; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC5D0; &#xCCB4; &#xC678; &#xC2E4;&#xD5D8;&#xC744; &#xD1B5;&#xD574;&#xC774; &#xB450; &#xAD6C;&#xC131; &#xC694;&#xC18C; &#xBCF4;&#xAE09;-&#xB300;&#xB958; &#xBAA8;&#xB378;&#xC758; &#xC720;&#xD6A8;&#xC131;&#xC744; &#xC785;&#xC99D; &#xD558; &#xACE0; &#xD655;&#xC0B0;-&#xB300;&#xB958; &#xBAA8;&#xB378; photobleaching &#xAE30;&#xC220; &#xD6C4; multiphoton &#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C;&#xC758; &#xC801;&#xC6A9; &#xAC00;&#xB2A5;&#xC131;&#xC744; &#xB192; &#xD614; &#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xC758; &#xC815;&#xD655;&#xD55C; &#xACB0;&#xC815;&#xC744; &#xC0AC;&#xC6A9; &#xD558; &#xC5EC;, &#xC911;&#xC694; &#xD55C; &#xACBD;&#xC6B0;&#xC5D0; &#xD750;&#xB984;&#xC774; &#xC874;&#xC7AC; &#xD558;&#xB294; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC90D;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xB610;&#xD55C;, &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00;&#xC774; &#xBAA8;&#xB378;&#xC740; &#xD2B9;&#xC815; &#xC815;&#xAD8C;&#xC5D0; &#xD750;&#xB984; &#xC18D;&#xB3C4;&#xC758; &#xB3D9;&#xC2DC; &#xCE21;&#xC815;&#xC744; &#xC704;&#xD55C; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xBC1C;&#xACAC;. &#xB9C8;&#xC9C0;&#xB9C9;&#xC73C;&#xB85C;, &#xC6B0;&#xB9AC; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xB97C; &#xCE21;&#xC815; &#xD558; &#xC5EC; in vivo &#xD655;&#xC0B0;-&#xB300;&#xB958; &#xBAA8;&#xB378;&#xC758; &#xD6A8;&#xC728;&#xC131;&#xC744; &#xC785;&#xC99D; &#xD558; &#xACE0; 4T1 murine &#xC720; &#xBC29; adenocarcinomas&#xC758; &#xC885;&#xC591; &#xD608;&#xAD00; &#xB0B4;&#xC5D0;&#xC11C; &#xD750;&#xB984;&#xC758; &#xC18D;&#xB3C4; &#xB4F1; &#xCABD;&#xC5D0; &#xD53C;&#xBD80; &#xC9D1;&#xACC4; &#xCC54;&#xBC84; &#xC774;&#xC2DD;.

&#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C;&#xC758; &#xD5A5;&#xC0C1; &#xB41C; &#xBAA8;&#xB378; &#xD6C4; photobleaching in vivo multiphoton &#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C; &#xC751;&#xC6A9; &#xD504;&#xB85C;&#xADF8;&#xB7A8;&#xC744; &#xD655;&#xC7A5;&#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;.

Recuperaci&#xF3;n multifot&#xF3;nica fluorescencia despu&#xE9;s de photobleaching es una t&#xE9;cnica bien establecida microscop&#xED;a utilizado para medir la difusi&#xF3;n de macromol&#xE9;culas en los sistemas biol&#xF3;gicos. Hemos desarrollado un modelo mejorado de la recuperaci&#xF3;n de fluorescencia que incluye los efectos de los flujos convectivos dentro de un sistema. Se demuestra la validez de este doble componente de difusi&#xF3;n-convecci&#xF3;n modelo a trav&#xE9;s de la experimentaci&#xF3;n in vitro en sistemas con coeficientes de difusi&#xF3;n conocidos y velocidades de flujo conocidos, y demostrar que el modelo de difusi&#xF3;n-convecci&#xF3;n ampl&#xED;a la aplicabilidad de la recuperaci&#xF3;n de la fluorescencia multifot&#xF3;nica despu&#xE9;s de la t&#xE9;cnica photobleaching al permitir que precisa determinaci&#xF3;n del coeficiente de difusi&#xF3;n, incluso cuando los flujos significativos est&#xE1;n presentes. Adicionalmente, se encuentra que este modelo permite la medici&#xF3;n simult&#xE1;nea de la velocidad de flujo en ciertos reg&#xED;menes. Por &#xFA;ltimo, demostrar la eficacia del modelo de difusi&#xF3;n-convecci&#xF3;n in vivo mediante la medici&#xF3;n del coeficiente de difusi&#xF3;n y la velocidad de flujo dentro de los vasos del tumor de los adenocarcinomas murinos 4T1 mamarias implantadas en la c&#xE1;mara de pliegue de la piel dorsal.

Modelo de Mejora de la Recuperaci&#xF3;n de Fluorescencia ampl&#xED;a la aplicaci&#xF3;n de la recuperaci&#xF3;n de fluorescencia multifot&#xF3;nica despu&#xE9;s de photobleaching en Vivo

&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x8367;&#x5149;&#x6F02;&#x767D; (MP &#x6536;&#x7D27;&#xFF09; &#x662F;&#x7528;&#x6765;&#x6D4B;&#x91CF;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x7684;&#x5927;&#x5206;&#x5B50;&#x5728;&#x751F;&#x7269;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x4E2D;&#x7684;&#x6FC0;&#x5149;&#x663E;&#x5FAE;&#x672F;&#x540E;&#x7684;&#x6062;&#x590D;&#x3002;&#x4E09;&#x7EF4;&#x7684;&#x51B3;&#x8BAE;&#x548C;&#x4E0A;&#x7EA7;&#x6DF1;&#x5EA6;&#x6E17;&#x900F;&#x5185;&#x6563;&#x5C04;&#x6837;&#x54C1;&#x63D0;&#x4F9B;&#x7684; MP &#x6536;&#x7D27;&#x4F7F;&#x8C03;&#x67E5;&#x4F53;&#x5916;&#x548C;&#x4F53;&#x5185;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x7684;&#x91CD;&#x8981;&#x5DE5;&#x5177;&#x3002;&#x7136;&#x800C;&#xFF0C;&#x751F;&#x7269;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x7ECF;&#x5E38;&#x5C40;&#x9650;&#x5185;&#x575A;&#x5B9E;&#x7684;&#x58C1;&#x5792;&#xFF0C;&#x6269;&#x6563;&#xFF0C;&#x5230;&#x76EE;&#x524D;&#x4E3A;&#x6B62;&#x5BF9;&#x901A;&#x8FC7; MP &#x6536;&#x7D27;&#x7EDD;&#x5BF9;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x7684;&#x6D4B;&#x91CF;&#x8FD9;&#x79CD;&#x58C1;&#x5792;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x6709;&#x6CA1;&#x6709;&#x7814;&#x7A76;&#x8FC7;&#x3002;&#x6211;&#x4EEC;&#x7528;&#x6269;&#x6563;&#x548C; MP &#x6536;&#x7D27;&#x8499;&#x7279;&#x5361;&#x7F57;&#x7684;&#x6A21;&#x62DF;&#xFF0C;&#x4E86;&#x89E3;&#x4E0D;&#x540C;&#x7684;&#x51E0;&#x4F55;&#x56FE;&#x5F62;&#x548C;&#x53CC;&#x5149;&#x5B50;&#x7126;&#x5377;&#x4E4B;&#x95F4;&#x7684;&#x76F8;&#x5BF9;&#x4F4D;&#x7F6E;&#x7684;&#x969C;&#x788D;&#x7684;&#x5F71;&#x54CD;&#x3002;&#x6B64;&#x5916;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x8FD8;&#x63D0;&#x4F9B;&#x5C4F;&#x969C;&#x9635;&#x5730;&#x5185;&#x7684; MP &#x6536;&#x7D27;&#x53EF;&#x4EE5;&#x4FE1;&#x5FC3;&#x5341;&#x8DB3;&#x5730;&#x7528;&#x6765;&#x6D4B;&#x91CF;&#x51C6;&#x786E;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x7684;&#x8303;&#x56F4;&#x3002;&#x6700;&#x540E;&#xFF0C;&#x6211;&#x4EEC;&#x751F;&#x4EA7;&#x7684;&#x4E24;&#x4E2A;&#x65B0; MP &#x6536;&#x7D27;&#x6A21;&#x578B;&#x53EF;&#x4EE5;&#x4EA7;&#x751F;&#x51C6;&#x786E;&#x7684;&#x6269;&#x6563;&#x7CFB;&#x6570;&#x5B58;&#x5728;&#x5355;&#x4E00;&#x5E73;&#x9762;&#x8FB9;&#x754C;&#x6216;&#x5E73;&#x884C;&#x7684;&#x65E0;&#x9650;&#x5E73;&#x9762;&#x8FB9;&#x754C;&#x5B9A;&#x4F4D;&#x4E0E;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x6FC0;&#x5149;&#x626B;&#x63CF;&#x663E;&#x5FAE;&#x955C;&#x7684;&#x5206;&#x8FA8;&#x7387;&#x9650;&#x5236;&#xFF0C;&#x5728;&#x5149;&#x5B66;&#x8F74;&#x5E73;&#x884C;&#x3002;

&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x8367;&#x5149;&#x5149;&#x6F02;&#x767D;&#x4E2D;&#x6709;&#x754C;&#x7CFB;&#x7EDF;&#x540E;&#x6062;&#x590D;&#x3002;

Multiphoton fluorescence recovery after photobleaching (MP-FRAP) is a laser microscopy technique used to measure diffusion coefficients of macromolecules in biological systems. The three-dimensional resolution and superior depth penetration within scattering samples offered by MP-FRAP make it an important tool for investigating both in vitro and in vivo systems. However, biological systems frequently confine diffusion within solid barriers, and to date the effect of such barriers on the measurement of absolute diffusion coefficients via MP-FRAP has not been studied. We have used Monte Carlo simulations of diffusion and MP-FRAP to understand the effect of barriers of varying geometries and positions relative to the two-photon focal volume. Furthermore, we supply ranges of barrier positions within which MP-FRAP can confidently be employed to measure accurate diffusion coefficients. Finally, we produce two new MP-FRAP models that can produce accurate diffusion coefficients in the presence of a single plane boundary or parallel infinite plane boundaries positioned parallel to the optical axis, up to the resolution limit of the multiphoton laser scanning microscope.

Multiphoton fluorescence recovery after photobleaching in bounded systems.

Multiphotonique recouvrement de fluorescence apr&#xE8;s photoblanchiment (FRAP-MP) est une technique de microscopie laser utilis&#xE9; pour mesurer les coefficients de diffusion des macromol&#xE9;cules dans les syst&#xE8;mes biologiques. La r&#xE9;solution en trois dimensions et la profondeur de p&#xE9;n&#xE9;tration sup&#xE9;rieure dans les &#xE9;chantillons de diffusion offerts par MP-FRAP en font un outil important pour &#xE9;tudier &#xE0; la fois in vitro et in vivo. Cependant, les syst&#xE8;mes biologiques fr&#xE9;quemment limiter la diffusion dans les solides barri&#xE8;res, et &#xE0; ce jour l&#x26;#39;effet de ces obstacles sur la mesure des coefficients de diffusion absolus via MP-FRAP n&#x26;#39;a pas &#xE9;t&#xE9; &#xE9;tudi&#xE9;e. Nous avons utilis&#xE9; des simulations de Monte Carlo de la diffusion et MP-FRAP pour comprendre l&#x26;#39;effet des barri&#xE8;res de diff&#xE9;rentes g&#xE9;om&#xE9;tries et des positions par rapport au volume &#xE0; deux photons focale. En outre, nous fournissons des gammes de postes de barri&#xE8;re dans lequel MP-FRAP peut &#xEA;tre en toute confiance employ&#xE9;es pour mesurer les coefficients de diffusion pr&#xE9;cis. Enfin, on produit deux nouveaux mod&#xE8;les MP-PAF qui peuvent produire des coefficients de diffusion pr&#xE9;cis en pr&#xE9;sence d&#x26;#39;une limite plane unique ou parall&#xE8;les limites infinies planes positionn&#xE9;es parall&#xE8;lement &#xE0; l&#x26;#39;axe optique, jusqu&#x26;#39;&#xE0; la limite de r&#xE9;solution du microscope &#xE0; balayage laser multiphotonique.

Multiphotonique Fluorescence Recovery After Photobleaching dans les syst&#xE8;mes born&#xE9;s

Multiphoton Fluoreszenz Recovery after Photobleaching (MP-FRAP) ist eine Laser-Mikroskopie-Technik, um die Diffusionskoeffizienten von Makromolek&uuml;len in biologischen Systemen zu messen. Die dreidimensionale Aufl&ouml;sung und &uuml;berlegene Tiefe Penetration innerhalb Streuung Proben von MP-FRAP angeboten machen es ein wichtiges Instrument f&uuml;r die Untersuchung von in vitro und in-vivo-Systems. Jedoch biologische Systeme beschr&auml;nken h&auml;ufig Verbreitung innerhalb fester Hindernisse, und die Wirkung von Hindernissen auf der Messung der absoluten Diffusionskoeffizienten &uuml;ber MP-FRAP bis heute nicht untersucht worden. Wir haben Monte-Carlo-Simulationen von Diffusion und MP-FRAP verwendet, die Wirkung von Barrieren von unterschiedlichen Geometrien und Positionen im Verh&auml;ltnis zu der zwei-Photonen-fokal-Volume zu verstehen. Dar&uuml;ber hinaus liefern wir Bereiche Barrier Positionen innerhalb der MP-FRAP getrost eingesetzt werden k&ouml;nnen, pr&auml;zise Diffusionskoeffizienten zu messen. Schlie&szlig;lich produzieren wir zwei neue MP-FRAP Modelle, die pr&auml;zise Diffusionskoeffizienten in Anwesenheit einer einzigen Ebene Grenze produzieren k&ouml;nnen oder parallele unendliche Ebene Grenzen positioniert Parallel zur optischen Achse, bis die Aufl&ouml;sungsgrenze der multiphoton Laser-scanning-Mikroskop.

Multiphoton Fluoreszenz Erholung nach Photobleaching berandeten Systeme.

Recupero di Multiphoton fluorescenza dopo photobleaching (MP-FRAP) &egrave; una tecnica di microscopia laser usata per misurare i coefficienti di diffusione di macromolecole nei sistemi biologici. La risoluzione tridimensionale e la penetrazione di profondit&agrave; superiore all&#39;interno di scattering campioni offerti da FRAP MP lo rendono un importante strumento per indagare i sistemi in vitro e in vivo. Tuttavia, sistemi biologici confinare frequente diffusione all&#39;interno di barriere solide, e finora l&#39;effetto di tali barriere sulla misurazione dei coefficienti di diffusione assoluta tramite MP-FRAP non &egrave; stato studiato. Abbiamo usato simulazioni Monte Carlo di diffusione e MP-FRAP per comprendere l&#39;effetto delle barriere di variare le geometrie e le posizioni relative del volume focale del due-fotone. Inoltre, forniamo gli intervalli delle posizioni di barriera all&#39;interno del quale la MP-FRAP pu&ograve; tranquillamente essere impiegato per misurare i coefficienti di diffusione accurata. Infine, produciamo due nuovi MP-FRAP modelli che possono produrre i coefficienti di diffusione accurata in presenza di un unico piano o confini parallelo piano infinito posizionato parallelamente all&#39;asse ottico, fino al limite di risoluzione del microscopio a scansione laser multifotonica.

Recupero di Multiphoton fluorescenza dopo photobleaching in sistemi delimitati.

&#x9000;&#x8272;&#x5F8C;&#x306E;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#xFF08;MP-FRAP&#xFF09;&#x306F;&#x3001;&#x751F;&#x4F53;&#x7CFB;&#x306B;&#x304A;&#x3051;&#x308B;&#x9AD8;&#x5206;&#x5B50;&#x306E;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x3092;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x30EC;&#x30FC;&#x30B6;&#x30FC;&#x9855;&#x5FAE;&#x93E1;&#x6280;&#x8853;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x3002; MP-FRAP&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x63D0;&#x4F9B;&#x3055;&#x308C;&#x308B;&#x6563;&#x4E71;&#x8A66;&#x6599;&#x5185;&#x306E;3&#x6B21;&#x5143;&#x5206;&#x89E3;&#x80FD;&#x3068;&#x512A;&#x308C;&#x305F;&#x6DF1;&#x3055;&#x306E;&#x6D78;&#x900F;&#x306F;&#x3001;in vitro&#x304A;&#x3088;&#x3073;in vivo&#x306E;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x306E;&#x4E21;&#x65B9;&#x3067;&#x8ABF;&#x3079;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306E;&#x91CD;&#x8981;&#x306A;&#x30C4;&#x30FC;&#x30EB;&#x3068;&#x306A;&#x3063;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x3057;&#x304B;&#x3057;&#x3001;&#x751F;&#x7269;&#x5B66;&#x7684;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x306F;&#x3001;&#x983B;&#x7E41;&#x306B;&#x56FA;&#x4F53;&#x969C;&#x58C1;&#x5185;&#x306E;&#x62E1;&#x6563;&#x3092;&#x5236;&#x9650;&#x3057;&#x3001;MP-FRAP&#x3092;&#x7D4C;&#x7531;&#x3057;&#x3066;&#x7D76;&#x5BFE;&#x7684;&#x306A;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x306E;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x306B;&#x305D;&#x306E;&#x3088;&#x3046;&#x306A;&#x969C;&#x58C1;&#x306E;&#x5F71;&#x97FF;&#x3092;&#x3053;&#x308C;&#x307E;&#x3067;&#x306B;&#x7814;&#x7A76;&#x3055;&#x308C;&#x3066;&#x3044;&#x306A;&#x3044;&#x3002;&#x6211;&#x3005;&#x306F;2&#x3064;&#x200B;&#x200B;&#x306E;&#x5149;&#x5B50;&#x306E;&#x7126;&#x70B9;&#x4F53;&#x7A4D;&#x306B;&#x5BFE;&#x3057;&#x3066;&#x5F62;&#x72B6;&#x3084;&#x4F4D;&#x7F6E;&#x3092;&#x5909;&#x5316;&#x3055;&#x305B;&#x308B;&#x969C;&#x58C1;&#x306E;&#x5F71;&#x97FF;&#x3092;&#x7406;&#x89E3;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x62E1;&#x6563;&#x3057;&#x3001;MP-FRAP&#x306E;&#x30E2;&#x30F3;&#x30C6;&#x30AB;&#x30EB;&#x30ED;&#xB7;&#x30B7;&#x30DF;&#x30E5;&#x30EC;&#x30FC;&#x30B7;&#x30E7;&#x30F3;&#x3092;&#x4F7F;&#x7528;&#x3057;&#x3066;&#x3044;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x3055;&#x3089;&#x306B;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;MP-FRAP&#x304C;&#x81EA;&#x4FE1;&#x3092;&#x6301;&#x3063;&#x3066;&#x6B63;&#x78BA;&#x306A;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x3092;&#x6E2C;&#x5B9A;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x7528;&#x3044;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x3067;&#x304D;&#x308B;&#x305D;&#x306E;&#x4E2D;&#x306B;&#x30D0;&#x30EA;&#x30A2;&#x306E;&#x4F4D;&#x7F6E;&#x306E;&#x7BC4;&#x56F2;&#x3092;&#x6307;&#x5B9A;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;&#x6700;&#x5F8C;&#x306B;&#x3001;&#x6211;&#x3005;&#x306F;&#x591A;&#x5149;&#x5B50;&#x30EC;&#x30FC;&#x30B6;&#x30FC;&#x8D70;&#x67FB;&#x578B;&#x9855;&#x5FAE;&#x93E1;&#x306E;&#x5206;&#x89E3;&#x80FD;&#x306E;&#x9650;&#x754C;&#x307E;&#x3067;&#x3001;&#x5358;&#x4E00;&#x5E73;&#x9762;&#x306E;&#x5883;&#x754C;&#x7DDA;&#x3001;&#x307E;&#x305F;&#x306F;&#x5149;&#x8EF8;&#x306B;&#x5E73;&#x884C;&#x306B;&#x914D;&#x7F6E;&#x5E73;&#x884C;&#x7121;&#x9650;&#x5E73;&#x9762;&#x5883;&#x754C;&#x306E;&#x5B58;&#x5728;&#x4E0B;&#x3067;&#x6B63;&#x78BA;&#x306A;&#x62E1;&#x6563;&#x4FC2;&#x6570;&#x3092;&#x751F;&#x6210;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x3067;&#x304D;&#x308B;2&#x3064;&#x306E;&#x65B0;&#x3057;&#x3044;MP-FRAP&#x30E2;&#x30C7;&#x30EB;&#x3092;&#x751F;&#x6210;&#x3057;&#x307E;&#x3059;&#x3002;

&#x6709;&#x754C;&#x30B7;&#x30B9;&#x30C6;&#x30E0;&#x3067;&#x9000;&#x8272;&#x5F8C;&#x86CD;&#x5149;&#x56DE;&#x5FA9;&#x591A;

Multiphoton &#xD615;&#xAD11; &#xBCF5;&#xAD6C; (MP &#xB9D0;&#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;) photobleaching &#xD6C4; &#xC0DD;&#xBB3C; &#xD559;&#xC801; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC5D0;&#xC11C; &#xACE0;&#xBD84;&#xC790;&#xC758; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xB97C; &#xCE21;&#xC815; &#xD558;&#xB294; &#xB808;&#xC774;&#xC800; &#xD604;&#xBBF8;&#xACBD; &#xAE30;&#xC220; &#xC774;&#xB2E4;. 3 &#xCC28;&#xC6D0; &#xD574;&#xC0C1;&#xB3C4; &#xC6B0;&#xC218;&#xD55C; &#xAE4A;&#xC774; &#xCE68;&#xD22C; MP FRAP&#xC5D0;&#xC11C; &#xC81C;&#xACF5; &#xD558;&#xB294; &#xC0D8;&#xD50C; &#xBE44; &#xC0B0; &#xB0B4; &#xC0DD;&#xCCB4; &#xC678; &#xBC0F; &#xC0DD;&#xCCB4; &#xC870;&#xAC74; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C; &#xC870;&#xC0AC;&#xB97C; &#xC704;&#xD55C; &#xC911;&#xC694; &#xD55C; &#xB3C4;&#xAD6C; &#xD655;&#xC778;. &#xADF8;&#xB7EC;&#xB098;, &#xC0DD;&#xBB3C; &#xD559;&#xC801; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C; &#xC790;&#xC8FC; &#xB2E8;&#xB2E8;&#xD55C; &#xC7A5;&#xBCBD; &#xB0B4; &#xD655;&#xC0B0;&#xC744; &#xC81C;&#xD55C; &#xD558; &#xACE0; MP FRAP &#xD1B5;&#xD574; &#xC808;&#xB300; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xB97C; &#xCE21;&#xC815; &#xAC19;&#xC740; &#xC7A5;&#xBCBD;&#xC758; &#xD6A8;&#xACFC;&#xAE4C;&#xC9C0; &#xC5F0;&#xAD6C; &#xB418;&#xC9C0; &#xC54A;&#xC558;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC6B0;&#xB9AC; &#xB2E4;&#xC591; &#xD55C; &#xD615;&#xC0C1; &#xBC0F; 2 &#xAD11;&#xC790; &#xCD08;&#xC810; &#xBCFC;&#xB968; &#xC0C1;&#xB300;&#xC801;&#xC778; &#xC704;&#xCE58; &#xC7A5;&#xBCBD;&#xC758; &#xC601;&#xD5A5;&#xC744; &#xC774;&#xD574; &#xD558;&#xAE30; &#xBCF4;&#xAE09; &#xBC0F; MP FRAP &#xBAAC;&#xD14C; &#xCE74;&#xB97C;&#xB85C; &#xC2DC;&#xBBAC;&#xB808;&#xC774;&#xC158;&#xC744; &#xC774;&#xC6A9; &#xD588;&#xB2E4;. &#xB610;&#xD55C;, &#xC6B0;&#xB9AC;&#xB294; MP FRAP &#xC790;&#xC2E0; &#xC788;&#xAC8C; &#xC0AC;&#xC6A9;&#xD560; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4; &#xC815;&#xD655;&#xD55C; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xB97C; &#xCE21;&#xC815; &#xD558;&#xB294; &#xC7A5;&#xBCBD; &#xC704;&#xCE58;&#xC758; &#xBC94;&#xC704; &#xC81C;&#xACF5; &#xD569;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xB9C8;&#xC9C0;&#xB9C9;&#xC73C;&#xB85C;, &#xC6B0;&#xB9AC;&#xAC00; &#xB450; &#xAC00;&#xC9C0; &#xC0C8;&#xB85C;&#xC6B4; MP FRAP &#xBAA8;&#xB378;&#xC744; &#xC0DD;&#xC0B0; &#xB2E8;&#xC77C; &#xD3C9;&#xBA74; &#xACBD;&#xACC4; &#xC874;&#xC7AC; &#xC815;&#xD655;&#xD55C; &#xD655;&#xC0B0; &#xACC4;&#xC218;&#xB97C; &#xC0DD;&#xC0B0;&#xD560; &#xC218; &#xC788;&#xB294; &#xB610;&#xB294; &#xBCD1;&#xB82C; &#xBB34;&#xD55C; &#xD3C9;&#xBA74; &#xACBD;&#xACC4; multiphoton &#xB808;&#xC774;&#xC800; &#xC2A4;&#xCE94; &#xD604;&#xBBF8;&#xACBD;&#xC758; &#xD574;&#xC0C1;&#xB3C4; &#xC81C;&#xD55C; &#xAD11; &#xCD95;&#xC5D0; &#xD3C9;&#xD589;&#xD55C; &#xC704;&#xCE58;.

Multiphoton &#xD615;&#xAD11; &#xACBD;&#xACC4; &#xC2DC;&#xC2A4;&#xD15C;&#xC5D0;&#xC11C; photobleaching &#xD6C4; &#xBCF5;&#xAD6C;&#xC785;&#xB2C8;&#xB2E4;.

La recuperaci&#xF3;n de fotones de fluorescencia despu&#xE9;s de photobleaching (MP-FRAP) es una t&#xE9;cnica de microscop&#xED;a l&#xE1;ser que se utiliza para medir los coeficientes de difusi&#xF3;n de las macromol&#xE9;culas en los sistemas biol&#xF3;gicos. La resoluci&#xF3;n en tres dimensiones y la profundidad de penetraci&#xF3;n superior dentro de las muestras de dispersi&#xF3;n ofrecidos por MP-FRAP convierten en una herramienta importante para investigar tanto in vitro como in vivo. Sin embargo, los sistemas biol&#xF3;gicos con frecuencia limitan la difusi&#xF3;n dentro de barreras s&#xF3;lidas, y hasta la fecha el efecto de estas barreras en la medici&#xF3;n de los coeficientes de difusi&#xF3;n absoluta a trav&#xE9;s de MP-FRAP no ha sido estudiado. Hemos utilizado simulaciones de Monte Carlo de la difusi&#xF3;n y MP FRAP-para entender el efecto de las barreras de geometr&#xED;as variables y posiciones en relaci&#xF3;n con el volumen focal de dos fotones. Adem&#xE1;s, suministramos rangos de posiciones de barrera dentro de la cual MP-FRAP confianza pueden ser empleados para medir coeficientes de difusi&#xF3;n precisos. Finalmente, se producen dos nuevos MP-FRAP modelos que pueden producir coeficientes exactos de difusi&#xF3;n en presencia de un l&#xED;mite &#xFA;nico plano o paralelos l&#xED;mites plano infinito posicionada paralela al eje &#xF3;ptico, hasta el l&#xED;mite de resoluci&#xF3;n del microscopio de barrido l&#xE1;ser multifot&#xF3;nica.

Kelley D. Sullivan

Department of Physics and Astronomy

University of Rochester

Measuring Diffusion Coefficients via Two-photon Fluorescence Recovery After Photobleaching

Kelley D. Sullivan

.css-o250i3{font-size:18px;font-family:Open Sans,sans-serif;line-height:21.6px;}Department of Physics and Astronomy

University of Rochester

Measuring Diffusion Coefficients via Two-photon Fluorescence Recovery After Photobleaching

Department of Physics and Astronomy