Pearl^® Trilogy – laserowy skaner do rejestracji in vivo obrazów małych zwierząt i innych obiektów biologicznych

Aparat przeznaczony jest do rejestrowania in vivo obrazów małych zwierząt - głownie myszy, organów oraz wybranych układów funkcjonalnych np. szkieletowego, naczyniowego, limfatycznego. Dzięki zastosowania barwników fluorescencyjnych umożliwia określenie miejsca w organizmie, w którym wybrane białka są ekspresjonowane w dużych ilościach np. receptorów lub białek transportowych charakterystycznych dla procesów nowotworowych, a także daje możliwość pomiaru procesów biologicznych na poziomie molekularnym i komórkowym.

W żywych organizmach światło jest absorbowane przez szereg endogennych chromoforów, w tym hemoglobinę, melaninę i lipidy. System Pearl^® Trilogy rejestruje fluorescencję w zakresie promieniowania podczerwonego, w którym autofluorescencja tkanek oraz rozpraszanie wiązki światła są niewielkie. Dzięki temu, aparat generuje obraz, w którym poziom fluorescencji tła jest bardzo niski i tym samym, stosunek sygnału do szumu jest znacznie większy niż w przypadku aparatów pracujących w zakresie światła widzialnego. Wynikiem tego jest niezwykle wysoka czułość systemu oraz możliwość głębszego przenikania sygnału do tkanek.

Molowy współczynnik wzbudzenia dla wody, hemoglobiny oraz hemoglobiny utlenowanej.

Jak widac na załączonym wykresie, absorpcja promieniowania przez tkanki jest radykalnie zredukowanaw zakresie NIR.

Jednocześnie, w zakresie powyżej 820 nm, zaczyna wzrasta absorbancja wody.

Pearl® Trilogy jest systemem czterokanałowym. Rejestruje obraz w świetle widzialnym, bioluminescencję oraz fluorescencję pochodzącą od dwóch różnych barwników jednocześnie. Jako źródła wzbudzenia zastosowano dwa niezależne lasery emitujące fale o długościach 685 nm oraz 785 nm. System detekcji oparty jest o macierz CCD. Optymalnym barwnikiem do obrazowania in vivo jest IRDye® 800CW ze względu na wysoki molowy współczynnik ekstynkcji oraz brak niespecyficznych oddziaływań. W przypadku detekcji dwóch białek jednocześnie, przeciwciała znakowane fluoroforem wzbudzanym falą 685 nm, powinny być skierowane przeciwko białkom referencyjnym.

Zdjęcia ilustrują wysokość autofluorescencji w zależności od długości fali wzbudzającej.

Wzbudzenie światłem o długości 785 nm (obraz A- lewa strona ) oraz 660 nm (obraz B - prawa strona). Na obrazie A pokazano referencyjną probówkę zawierającą 10 pmol EGF znakowanego IRDye 800CW, natomiast na obrazie B probówkę zawierającą 10 pmol EGF znakowanego Cy® 5.5. Obraz zarejestrowany w podczerwieni (Obraz A) pokazuje znacznie niższy poziom autofluorescencji, niż obraz rejestrowany w zakresie światła widzialnego (obraz B). Chlorofil zawarty w diecie zwierząt daje wyraźny sygnał fluorescencyjny w zakresie światła widzialnego (obraz B)

Zródło danych: K. Adams, S. Ke, Z. Fan, K. Hirschi, M. Mawad, M. Barry, E. Sevick-Muraca, Comparison of visible and near-infrared wavelength excitable fluorescent dyes for molecular imaging of cancer, Journal of Biomedical Optics, 12(2), 024017 (March/April 2007).

Dzięki uprzejmości Dr. E.M. Sevick-Muraca, Baylor College of Medicine, Houston, TX. Comparison of visible and near-infrared wavelength excitable dyes for molecular imaging of cancer. Journal of Biomedical Optics 12 024017 (2007).

Pearl^® Trilogy wykorzystywany jest głównie do obrazowania in vivo. Dzięki zastosowaniu barwników fluorescencyjnych system daje możliwość identyfikowania komórek natywnych, które nie były modyfikowane genetycznie. Znakowane fluorescencyjnie komórki, białka, peptydy lub związki niskocząsteczkowe zostają wprowadzone do organizmu, gdzie mogą pozostać w krwioobiegu lub związać się specyficznie z docelowym ligandem. Miejsce wprowadzonego związku zostaje określone po oświetleniu organizmu światłem o określonej długości fali charakterystycznej dla związanego fluoroforu. W zależności od rodzaju zastosowanego znacznika można identyfikować białka powierzchniowe, takie jak receptory i białka transportujące, zaznaczyć system szkieletowy, śledzić przepływ krwi w naczyniach, kontrolować dystrybucję ligandu w organizmie lub śledzić proces angiogenezy np. w komórkach nowotworowych. Szczegółowe informacje dotyczące zastosowania systemu Pearl znajdują się na stronie internetowej producenta.

FieldBrite™ Xi2

Zastosowana w Pearl® Trilogy technologia FieldBrite™ Xi2 została opracowana prze firmę LI-COR z myślą o obrazowaniu małych zwierząt z jak najlepszą jakością. Dzięki wyjątkowo jednorodnemu (CV <3%) oświetleniu całego obszaru rejestracji, mogą być zapisywane nawet niewielkie zmiany sygnału w obrębie pola widzenia aparatu. Lasery IR zastosowane do wzbudzenia emisji próbek zapewniają wnikanie promieniowania w głąb badanego organizmu oraz uzyskanie wyjątkowo korzystnego stosunku sygnał-szum.

Wyjątkową cechą systemu jest zdolność zapisu obrazu z dynamiką 6 rzędów (22bity) co umożliwia rejestrację zarówno słabych, jak mocnych sygnałów, bez wysycenia. Oznacza to, że w odróżnieniu od większości dostępnych na rynku systemów 16-bitowych, zdolnych do akwizycji sygnałów różniących się jak 1 do 65 535, Pearl rejestruje zakres od 0 do 4 194 303 poziomów.