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SII 新一代超灵敏小动物活体光学成像系统

生物发光/荧光/切伦科夫/明场多模态成像

选配X-射线成像、3D成像和定量分析

超高灵敏度,最小检测光子数很少

先进的荧光激发光源,超窄带宽LED和滤光片一体化设计

成像通量高,同时多达10只小鼠或2只大鼠


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产品原理

小动物活体光学成像(optical in vivo imaging)技术主要包括生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)成像两种技术。

生物发光成像(BLI):用荧光素酶(luciferase)基因标记细胞或DNA,利用其产生的荧光素酶与相应底物发生生化反应产生生物体内的探针光信号。为生化反应,无需激发光源,光信号较弱(要求成像灵敏度高),无背景,信噪比高,可定量分析,属于功能性成像。

荧光成像(FLI):采用荧光报告基因(如GFP、RFP)或Cyt及dyes等荧光染料或探针进行标记,在激发光源照射下,通过电子跃迁,荧光蛋白、染料或探针发出荧光信号。为物理反应,需要激发光源,光信号强,背景较高,信噪比较差,一般定性分析,属于功能性成像。

X-射线成像:X-射线源发出的光照在生物体上,根据不同组织对X线的吸收与透过率的不同,由探测器接收透过该层面的X射线。一般属于结构性成像,为生物发光/荧光提供解剖学定位;也可做新型X-射线荧光成像。

切伦科夫成像:放射性示踪剂的光学成像,相比传统核素成像,节约成像成本和时间,数分钟内即可完成,可进行临床转化研究和定量分析。

明场成像:拍摄生物体的外表面,类似于普通的相机成像。


产品特点

美国SII(Spectral Instruments Imaging)新一代超灵敏小动物活体光学成像系统的前身是第一代精诺真(Xenogem)系统,与PE IVIS系列同源。其主要功能是追踪并检测标记细胞/基因在体内的活动/表达,探查发光物质如荧光探针、新型发光材料及标记药物等在活体内的分布、代谢、及其对病灶处的靶向与聚集等活动,并可用于体外相关实验。


SII系统可以在同一实验中应用不同成像模式研究相关联的生物学现象,同时具备高灵敏生物发光成像(BLI)、荧光成像(FLI)、切伦科夫成像(Cerenkov)以及明场成像功能,选配X-射线成像和3D成像和定量分析功能,并能将多种成像模式进行融合展示和进一步分析。


旗舰款Lago X 3D的性能特点总结如下:

1.   CCD:科学一级加(Grade one plus)CCD,有效像素400万以上,绝对 -90℃,电制冷结合风冷,无液体或气体泄漏风险。

2.   高灵敏度:可检测极低量光子数,最低检测光子数≤45 photons/sec/cm2/sr,性能优越。

3.   荧光激发光源:新型的超窄带宽 LED 和滤光片一体化设计,有效功率388W,最大限度降低背景信号、改善信噪比,适合近红外Ⅰ区的荧光探针成像。

4.   激发光光源:14组LED阵列(覆盖360nm-805nm波段范围),带宽±10nm。

5.   发射光滤光片:20个滤光片(覆盖490nm-870nm波段范围),带宽±10nm,可定制。

6.   切伦科夫成像:可做Cerenkov成像(核素光学成像)。

7.   X-射线成像:可做低辐射剂量的X-射线成像和新型X-射线荧光成像。

8.   3D成像:可做三维成像和定量分析。

9.   大视野、高通量成像:最多同时10只小鼠或2只大鼠。

10.  绝对定量分析:依据 NIST 国际标准进行绝对定量校准,保证不同成像参数获得的结果一致。

11.  出厂校准:出厂前进行NIST国际标准的绝对定量校准和仪器背景噪音校准,终身无需再次校准。

12.  分析软件:免费、免许可、无限量安装,具备荧光光谱分离算法和背景扣除功能。

13.  多模态整合:可以和其他模态,如和PET、SPECT、CT、MRI等图像相融合。


参数表.png


激发光源的对比.png

广泛的应用

广泛的应用领域.png

应用展示

1、生物发光的早期检测SII成像

生物发光vs MRI和micro-CT,说明在2hr的早期,就有生物发光信号,而MRI和micro-CT成像要等待更长时间。


小鼠原位肺癌模型,实验过程:

1、裸鼠,雌性,10-11周龄;

2、静脉注射编码萤火虫荧光素酶(Fluc)的人肺癌A549细胞,5.74 x 10^5 cells/0.1 mL 1xPBS;

3、第0周的2hr就有很强的生物发光信号,24hr时肺部信号被清除;

4、与MRI和micro-CT相比是更早期的检测。


生物发光早期-1.png


生物发光早期-2.jpg

2、生物发光的早期肿瘤检测SII成像

《利用血管内造影剂进行手术过程中的成像》:生物发光的早期肿瘤检测,随时间的定量的信号监控。 

动物模型:大鼠原位多形性成胶质细胞瘤模型,雌性大鼠,n=4;10^5 C6细胞,表达萤火虫荧光素酶,5μL颅内注射,使用立体框架。


生物发光早期脑肿瘤-1.jpg


3、荧光成像微量细胞跟踪SII成像

外周淋巴结的T细胞的示踪:对小鼠进行X-射线辐射,尾静脉输入DiR标记的T细胞,评估T细胞在外周淋巴结中的分布(图中为腹股沟淋巴结),可看到微量细胞也可以跟踪。


荧光成像微量细胞跟踪.png

4、体内靶向的特异性研究SII成像

《光敏剂IR700的affibody引导的PDGFRβ特异性的递送,对结肠癌的靶向血管的光动力治疗有效》:结肠癌肿瘤的移植模型,看出荧光标记的药物在体内靶向肿瘤部位。


体内靶向的特异性.png

5、纳米颗粒穿过血脑屏障(BBB)的SII成像

《带IR780染料的磷脂纳米颗粒对脑肿瘤的近红外荧光成像》:用生物发光定位人GBM(多形性胶质母细胞瘤)的位置,用荧光成像实时跟踪IR780-磷脂胶束纳米颗粒的运行,观察到其穿过血脑屏障(BBB)。此纳米颗粒用近红外荧光(NIRF)成像跟踪(Ex/Em 745/810nm,1sec),显示了SII在近红外Ⅰ区的优秀的成像性能。

 

动物模型,实验过程:

1、小鼠原位多形性胶质母细胞瘤异种移植模型;

2、5 × 10^5 U87M2/luc人GBM细胞注入脑内带立体框架的脑实质;

3、4 nmol IR780 -磷脂胶束纳米颗粒,100 μL PBS,经尾静脉注射

4、IR780 -磷脂胶束在体内用近红外荧光(NIRF)成像跟踪(Ex/Em 745/810nm,1sec);

5、BLI证实U87M2/luc细胞原位定位。


纳米颗粒通过血脑屏障(BBB).png

6、胶质瘤治疗效果的评估

《脑胶质瘤基因型靶向的局部治疗》:对于IDH+的肿瘤,用装载GMX-1778的微粒进行治疗,肿瘤体积变小,动物生存率提高。

 

实验设计:

1、用IDH1+(MGG152)或IDH1-(野生型,U87)胶质瘤细胞系建立低级别胶质瘤的SCID小鼠模型,都转导了荧光素酶;

2、建立模型后第15天,用装载GMX-1778(5μM)的直径4mm的PLGA微粒(MPs)处理,提供持续的、局部的药物传递。


胶质瘤效果评估.png

7、病毒介导的肿瘤形成SII成像

《腺病毒Cre注射介导的未分化的多形性肉瘤的Trp53 fl/fl/Pten fl/fl小鼠模型,进行体内生物发光成像》,皮下注射(左图)和肌肉内注射(右图),可观察到腺病毒Cre介导的肿瘤的形成。

 

1、动物模型:软组织肉瘤的诱导形成,用腺病毒-Cre重组酶注射进入Trp53 fl/fl/Pten fl/fl lox-stop lox luciferase C57/B6小鼠形成

2、皮下或肌肉内注射:对照组:1x10^8 pfu Ad5 CMV-eGFP;测试组:1x10^8 pfu Ad5 CMV-Cre 重组酶 eGFP。


病毒介导的肿瘤形成.png


8、癌症转移检测的SII成像

《阿霉素可消除骨髓来源的抑制细胞,促进乳腺癌中过继性T细胞转移的效率》:在体内检测转移的肿瘤。用阿霉素(DOX)、辅助性T细胞(Th1、Th17)治疗,肿瘤体积减小。


检测癌症转移-1.png


检测癌症转移-2.png

9、SII光学成像和PET、SPECT、CT成像的融合

SII活体光学成像和Molecubes(PET、SPECT、CT)成像的融合:


Optical-PET-CT.png


Optical-SPECT-CT.png


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