Ingeniería de aceptores para colorantes NIR-II con alto rendimiento fotoquímico y biomédico

La comparación de diferentes colorantes NIR-II aceptores

La mayoría de los fluoróforos solubles en agua NIR-II DAD informados, incluidos CH1055-PEG, CQ-4T, IR-E1, IR-FP8P y TPA-T-TQ NP, se basaron en BBT y PTQ como aceptores de electrones (Tabla complementaria 2) . Nuestro estudio seleccionó tres aceptores de electrones (BBT, PTQ y TQT) e investigó primero sus propiedades ópticas (Fig. 2a). Al examinar los espectros de absorción de BBT-2Br, TQT-2Br y PTQ-2Br en diclorometano, encontramos que los aceptores exhiben un desplazamiento al rojo sustancial de la absorción, lo que podría atribuirse al aumento de los niveles de energía HOMO (Fig. 2b). Sin embargo, los espectros de emisión están ligeramente desplazados hacia el rojo de PTQ-2Br, TQT-2Br a BBT-2Br (Fig. 2c).

Fig. 2: La comparación de diferentes colorantes NIR-II aceptores.
Figura 2

a Estructuras químicas de BBT-2Br, TQT-2Br y PTQ-2Br. Absorción (b) y emisión (C) espectros de BBT-2Br, TQT-2Br y PTQ-2Br en diclorometano. Cromatogramas de HPLC de TQT-2Br (d) y BBT-2Br (mi) en diversas condiciones ácido-base. Imágenes de campo claro de TQT-2Br y BBT-2Br (d, mi) en MeOH (5% DMF, 1 ml) en diversas condiciones ácido-base. 1,1′: solución de control; 2,2′: solución de control + exceso de ácido trifluoroacético (TFA); 3,3′: solución control + 1 µL Trietilamina (TEA); 4,4′: solución control + 5 µL TEA; 5,5′: solución control + 10 µL TEA; 6,6′: solución control + 20 µL TEA; Blanco’: 50 µL DMF + 20 µL TEA + 930 µL MeOH. F Estructuras químicas de TPA-TQT y CH-4T. gramo Los espectros de absorción y los espectros de emisión de TPA-TQT y CH-4T en H2o h Fotoestabilidad de TPA-TQT y CH-4T bajo irradiación láser continua (808 nm, 150 mW cm−2). i Fotografías de TPA-TQT y CH-4T en soluciones de PBS a varios valores de pH después de una irradiación de luz de 808 nm. Los espectros de absorción de j TPA-TQT y k CH-4T en PBS a varios valores de pH bajo irradiación láser de 808 nm (150 mW cm−2). yo Parcela de yo/yo0 frente al pH. I es la intensidad máxima de absorción NIR de TPA-BBT/CH-4T en solución de PBS (pH 8,0, 8,5), I0 es la intensidad máxima de absorción NIR de TPA-BBT/CH-4T en solución de PBS (pH 7,4), respectivamente. Los datos se presentan como media ± sd derivada de norte= 3 experimentos independientes.

Además, la estabilidad de BBT-2Br, TQT-2Br y PTQ-2Br se estimó en condiciones ácido-base (Fig. 2d, e, Fig. 18 complementaria). BBT-2Br, TQT −2Br y PTQ-2Br fueron estables en condiciones ácidas. Sin embargo, al agregar trietilamina (TEA) a la solución de BBT-2Br, la apariencia de la solución cambió de rosa a amarillo inmediatamente. Mientras tanto, apareció un nuevo pico en la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) debido a la descomposición de BBT-2Br en condiciones alcalinas (Fig. 2e). Además, con el aumento de la concentración de álcali, las áreas de los picos de PTQ-2Br también disminuyeron ligeramente (Fig. 18 complementaria). Por el contrario, casi no hay cambios en la apariencia de la solución y el espectro de HPLC del TQT-2Br en condiciones alcalinas (Fig. 2d). En general, los resultados mostraron que TQT-2Br era más estable en el entorno sintético básico en comparación con BBT-2Br y PTQ-2Br. Teniendo en cuenta las propiedades fotoquímicas, TQT-2Br es el aceptor deseado, que muestra un corrimiento al rojo apropiado y buenas estabilidades. Para explorar más a fondo la estabilidad de los fluoróforos DAD completos con diferentes aceptores de electrones, se sintetizó TPA-TQT (Fig. 2f, Fig. 1 complementaria, Figs. 28-32 complementarias). Los espectros de absorción y emisión de TPA-TQT y CH-4T (con BBT como aceptor) en agua se muestran en la Fig. 2g. En comparación con CH-4T, TPA-TQT tiene un cambio azul significativo, lo que es desfavorable para las imágenes NIR-II. Tanto TPA-TQT como CH-4T exhiben una mayor fotoestabilidad bajo irradiación láser continua de 808 nm durante 1 h (Fig. 2h). Los espectros de absorción y las soluciones fotográficas de TPA-TQT y CH-4T antes y después del tratamiento con PBS con diferentes valores de pH (7.4, 8.0 y 8.5) se muestran en la Fig. 2i-k, respectivamente. Después de la irradiación con láser de 808 nm, la intensidad de absorción máxima de CH-4T en PBS (pH 8,5) cae aproximadamente un 83 % en relación con el valor original. Por el contrario, casi no hay cambios en los espectros de absorción y la apariencia de la solución del TPA-TQT bajo irradiación láser de 808 nm (Fig. 2l). Estos resultados indican que TPA-TQT es muy resistente al entorno básico, lo que es ideal para obtener imágenes in vivo estables y precisas (p. ej., páncreas (pH 8,35-8,45), intestino grueso (pH 8,4-8,55)).

Para explorar la relación entre las estructuras aceptoras y las propiedades de fluorescencia, primero aplicamos cálculos teóricos a los fluoróforos DAD estructurados (FT) BBT, PTQ y TQT con el mismo fluoreno sustituido con 9,9′-dialquilo como donante (Fig. 3a). El resultado reveló que FT-TQT y FT-BBT tenían espacios de banda similares (ES DECIR = ~1.3 eV) que es mucho más estrecho que FT-PTQ (ES DECIR‰=‰~1.6‰eV). Se puede atribuir a las capacidades más fuertes de extracción de electrones de TQT y BBT (Fig. 3b, Fig. 3 complementaria). De acuerdo con los resultados de la Fig. 2c y los cálculos teóricos, sintetizamos los fluoróforos BBT y TQT. Los pasos clave utilizados para ensamblar las estructuras centrales del compuesto objetivo incluyeron la reacción de acoplamiento cruzado de Suzuki, la reducción de zinc y el cierre del anillo. Para mejorar la solubilidad en agua de los colorantes FT, se introdujeron cuatro grupos sulfónicos en las estructuras químicas. Los procedimientos sintéticos detallados y la caracterización se describen en la Información de apoyo (Figura complementaria 2 y Figuras complementarias 33-44).

Fig. 3: Caracterización óptica de NIR-II FT.
figura 3

a La estructura de FT-BBT, FT-TQT y FT-PTQ. b Cálculos teóricos para la investigación de propiedades fotofísicas. C Imágenes fluorescentes NIR-II de FT-BBT y FT-TQT en agua desionizada con una absorbancia equivalente de OD 0,1 a 808 nm con filtros de paso largo (LP) de 1100, 1250 y 1350 nm. d Intensidad fluorescente normalizada de FT-BBT y FT-TQT en C con diferentes filtros. Los datos se presentan como media ± sd derivada de norte = 3 detecciones independientes. mi Espectro de absorción normalizado de FT-BBT y FT-TQT en agua desionizada. F El espectro de emisión de fluorescencia de FT-BBT y FT-TQT en agua desionizada a una concentración equivalente de 10 µM. gramo Gráfico del espectro de fluorescencia integrado de FT y CH-4T en cinco concentraciones diferentes en metanol debido al bajo rendimiento cuántico en agua. Se usaron ajustes lineales para calcular el rendimiento cuántico comparando las pendientes con la referencia IR-26 (QY = 0,05 %). h Imágenes de fluorescencia de capilares rellenos con FT-BBT y FT-TQT en PBS (pH 7,4), respectivamente, sumergidos en Intralipid al 1% con profundidad variable. Las señales de imagen se recogieron en la región de 1300 nm bajo excitación de 808 nm. i Ancho completo dependiente de la longitud de onda a la mitad del máximo (FWHM) de perfiles transversales en imágenes capilares en función de la profundidad. Las barras representan la media ± sd derivada de norte= 3 medidas independientes. Los parámetros de imagen detallados para cada imagen se enumeran en la Tabla complementaria 3.

Evaluación de la estabilidad química de colorantes basados ​​en BBT y TQT

Para examinar la estabilidad química de los colorantes basados ​​en BBT y TQT en presencia de especies reactivas de oxígeno/nitrógeno (ROS/RNS), iones metálicos y biomoléculas activas, medimos los espectros de absorción de CH-4T, FT-BBT, TPA-TQT , y FT-TQT después de incubarse con las sustancias anteriores a 37 ° C durante 1 h (Figuras complementarias 19-21). Los resultados mostraron que todos los colorantes son estables en presencia de iones metálicos (K+N / A+California2+magnesio2+fe2+y Zn2+) y biomoléculas activas (GSH, Cys, Hcy, ácido ascórbico (AA) y ácido dehidroascórbico (DHA)), aunque CH-4T se desplaza hacia el rojo en presencia de Ga2+ y fe2+. Sin embargo, los tintes basados ​​en BBT han mostrado poca estabilidad que los tintes basados ​​en TQT en presencia de ROS/RNS, especialmente ClOa’. A evalúe la estabilidad alcalina de los cuatro fluoróforos, en primer lugar, se probaron los espectros de absorción de cuatro fluoróforos en diferentes puntos de tiempo en diferentes soluciones alcalinas (Fig. 23 complementaria). CH-4T mostró la peor estabilidad en diferentes soluciones alcalinas, incluyendo 1% NaOH, 1% TEA y 1% DIEA. Se degradó en un 98 %, 76 % y 70 % en NaOH al 1 %, TEA al 1 % y DIEA al 1 % en el día siete, respectivamente. Otro tinte basado en BBT, FT-BBT, mostró una mayor estabilidad en soluciones alcalinas que CH-4T, lo que ilustra que la unidad donadora de electrones desempeña un papel en la estabilidad de los tintes NIR-II. Sin embargo, FT-BBT todavía se descompuso parcialmente en NaOH al 1% (28% en el séptimo día). Sin duda, los colorantes NIR-II basados ​​en TQT, TPA-TQT y FT-TQT mostraron la mejor estabilidad en todas las soluciones alcalinas probadas. Además, evaluamos los cambios en las curvas de absorción de FT-BBT, TPA-TQT y FT-TQT en soluciones de NaOH con diferentes concentraciones de masa (Fig. 24 complementaria). En solución de NaOH al 5 %, FT-BBT se degradó en un 42 % después de incubar durante 24 h. Emocionantemente, los tintes basados ​​en TQT permanecen estables incluso si están en NaOH al 5 %, lo que demuestra que los tintes DAD basados ​​en TQT se pueden usar ampliamente para la modificación química en diferentes condiciones alcalinas. CH-4T, FT-BBT, TPA-TQT y FT-TQT se incubaron a un pH de 5,0 a 10,0 con baños de agua a 37 °C (Fig. 25 complementaria). Casi la mitad de CH-4T se descompuso cuando se incubó a pH 8,5 durante 24 horas. Sin embargo, TPA-TQT y FT-TQT se mantuvieron estables después de incubarse a pH 8,0 y pH 8,5 durante 96 horas (Fig. 26 complementaria). Además, TPA-TQT y FT-TQT mostraron una estabilidad fotoquímica ultraalta en metanol y suero de ratón (Figuras complementarias 22, 27). Sin embargo, la intensidad de fluorescencia de FT-TQT fue 9,6 veces mayor que la de TPA-TQT en H2O a la misma concentración (Fig. 22e complementaria). Mientras tanto, la intensidad de fluorescencia de FT-TQT aumentó 8,2 veces después de incubar con suero de ratón a 37 °C durante 1 h. Por lo tanto, considerando la longitud de onda de emisión y la estabilidad, elegimos FT-TQT y FT-BBT como el próximo objeto de investigación para comparar las diferencias de propiedades ópticas entre los tintes basados ​​en BBT y TQT.

Caracterización fotofísica de NIR-II FT

Las imágenes fluorescentes NIR-II en la Fig. 3c muestran cualitativamente los niveles de brillo dispares entre FT-BBT y FT-TQT, todos con absorbancia coincidente a 808 nm (OD 0.1). Cuantitativamente, FT-TQT mostró un aumento de 6,6, 4,9 y 2,3 veces en la intensidad de fluorescencia que FT-BBT en filtros LP de 1100 nm, 1250 nm y 1350 nm, respectivamente (Fig. 3d) . Los espectros de absorbancia de FT-BBT y FT-TQT se mostraron en la Fig. 3e, que reveló que los picos de excitación de FT-BBT y FT-TQT eran de ~845 nm y ~770 nm. Mientras tanto, FT-TQT mostró un pico de emisión a 1034 nm con una cola que se extendía hacia la región NIR-IIa (1300-1400 nm, Fig. 3f). Sin embargo, bajo la misma concentración (10 µM) y condiciones (808 nm), FT-BBT apenas emitió fluorescencia. Se determinó que los rendimientos cuánticos de FT-TQT, FT-BBT y el colorante CH-4T NIR-II actual eran del 0,49 %, 0,23 % y 0,11 % en metanol. El solvente se eligió metanol distinto del agua porque no se puede detectar el rendimiento cuántico de FT-BBT en agua (con IR-26 como referencia, QY = 0.05%, Fig. 3g, Tabla complementaria 1, Figuras complementarias 5, 6). Además, la fotoestabilidad superior de FT-BBT y FT-TQT se observó al exponer ICG y FT-BBT y FT-TQT a la irradiación láser continua en agua desionizada durante 1 h, respectivamente (Figura complementaria 4). Cuando los tubos capilares llenos de FT-BBT y FT-TQT se sumergieron en una solución de intralípidos al 1 % a una mayor profundidad fantasma bajo diferentes filtros (1300 nm, 1500 nm), los resultados de las bioimágenes de FT-TQT resuelven los bordes más nítidos de la capilar a una profundidad de hasta 7 mm que la de FT-BBT (Fig. 3h, Fig. 9 complementaria). Con una mayor profundidad de penetración, se observa atenuación de las intensidades de imagen y desenfoque de los perfiles capilares para todos los fluoróforos. Además, los perfiles transversales del capilar muestran una aparente integridad de características para FT-TQT en comparación con FT-BBT, lo que puede atribuirse al mayor brillo de FT-TQT (Fig. 3i, Fig. 9 complementaria).

Imágenes in vivo del sistema circulatorio y del drenaje linfático NIR-II

Después de estimar las propiedades ópticas de FT-BBT y FT-TQT, recurrimos a la investigación in vivo NIR-II para una mayor detección. Las redes de vasos sanguíneos de las patas traseras de gran aumento (Fig. 4a, b, Figs. complementarias 10, 11) se pueden discriminar en la ventana sub-NIR-II de 1400 nm. No es de extrañar que FT-TQT generara un mayor contraste para la obtención de imágenes de vasos en comparación con FT-BBT. En conjunto, el rendimiento de FT-TQT in vitro e in vivo nos animó a explorar su potencial de obtención de imágenes en los siguientes experimentos.

Fig. 4: Imágenes NIR-II in vivo para la evaluación del sistema circulatorio y el drenaje linfático.
Figura 4

a Bioimagen NIR-II de patas traseras de ratones con filtro LP de 1400 nm mediante administración de FT. Barra de escala, 1 mm. b SBR (proporción de señal de vaso a músculo) en imágenes de patas traseras de ratones balb / c mediante la administración de FT. ****PAGS PAGS el valor se obtuvo de dos colas no apareadas t pruebas Las barras representan la media ± sd derivada de norte= 3 ratones independientes. C Ilustración esquemática de la estructura anatómica del sistema linfático en la pata trasera de ratones Balb/c. d Imágenes de fluorescencia de drenaje linfático usando FT-TQT como agentes de contraste en la pata trasera de ratones Balb/c en una cámara InGaAs. Barra de escala, 5 mm. mi Perfiles de intensidad de fluorescencia transversales (sólido negro) y ajuste gaussiano (puntos rojos) a lo largo de la línea amarilla en d. F El alto brillo del FT-TQT ofrece imágenes de cuerpo completo con filtros LP secuenciales de 1000 a 1400 nm. La ventana NIR-II más larga aumenta la calidad de la imagen con dispersión y autofluorescencia reducidas. gramo Perfiles transversales de la relación entre el vaso y el tejido normal a través de las líneas discontinuas amarillas (70 mW cm−2). h Circulación in vivo de FT-TQT. (Condición de la imagen: tiempo de exposición de 200 s, ventana de 1400 nm) Barra de escala, 5 mm. i Esquema de circulación de vasos largos del FT-TQT y medición de la proporción de vasos a tejido normal en puntos de tiempo posteriores a la inyección. Los datos se presentan como media ± sd derivada de norte= 3 ratones independientes. Los parámetros de imagen detallados para cada imagen se enumeran en la Tabla complementaria 3.

El drenaje de los ganglios linfáticos juega un papel vital en la metástasis tumoral. Para investigar la eficacia de las imágenes biomédicas NIR-II en el drenaje linfático in vivo, se inyectó FT-TQT por vía intradérmica en la almohadilla plantar de los ratones desnudos normales (Fig. 4c, e). Tras la inyección, se observan inequívocamente vasos linfáticos colaterales abarrotados. Se visualizaron claramente cuatro vasos linfáticos con diámetros de 226 a 322 m (Fig. 4d, e). Además, se identificó fácilmente el ganglio poplíteo junto con sus vasos linfáticos aferentes. Los resultados demuestran que FT-TQT tiene un excelente potencial para la obtención de imágenes linfáticas.

Visualizar información anatómica precisa de la estructura vascular es la premisa del seguimiento en tiempo real del sistema de circulación sanguínea, lo que ayudaría a comprender su disfunción. Las imágenes vasculares NIR-II se realizaron mediante inyección intravenosa de FT-TQT (200 μ L, 1 mg ø mL−1) en el ratón Balb/c (Fig. 4f, h, Fig. 12 complementaria). Toda la angiografía se visualizó en filtros secuenciales de paso largo de 1000 a 1400 nm con un tiempo de exposición gradualmente aumentado. Los vasos en una longitud de onda más larga son más evidentes que aquellos en una longitud de onda más corta debido a la menor absorción, dispersión y autofluorescencia del tejido en la longitud de onda más larga (Fig. 4f, g). Además, se descubrió que FT-TQT tiene una vida media en sangre bastante prolongada (~10 h), lo que puede deberse a la interacción entre FT-TQT y las proteínas séricas, como la albúmina.46. Las señales fluorescentes de FT-TQT en la sangre aún se pueden detectar a las 10 horas posteriores a la inyección en la subventana de 1400 nm (Fig. 4h, i, Fig. 17 complementaria). Un tiempo de retención de sangre tan largo podría usarse para el monitoreo preciso de los vasos sanguíneos a largo plazo y beneficiar la acumulación del fluoróforo en los tejidos específicos. Es de destacar que las señales de fluorescencia podrían observarse principalmente en el hígado, lo que brinda la posibilidad de diagnosticar enfermedades hepáticas.47. Gracias al alto brillo y las propiedades de larga circulación de FT-TQT, la imagen de los vasos de todo el cuerpo se realizó con éxito con alta resolución, lo que nos inspiró a evaluar más los trastornos relacionados con los vasos.

Biocompatibilidad

Para explorar la toxicidad de FT-TQT, la línea celular de fibroblastos embrionarios de ratón 3T3 y la línea celular de osteosarcoma humano 143B se evaluaron mediante análisis MTT estándar in vitro. Después de la incubación con FT-TQT durante 24 h, no se observó citotoxicidad aparente en ambas líneas celulares, incluso en altas concentraciones de hasta 100 µM, lo que indica su baja citotoxicidad y excelente biocompatibilidad in vitro (Fig. 13 complementaria). A continuación, evaluamos la toxicidad in vivo mediante la inyección de FT-TQT (100 μL, 1 mg mL−1) en ratones Balb/c normales. Después de la administración, se controlaron el peso corporal y la bioquímica sérica a los 7 y 14 días. No observamos diferencias notables en el peso corporal o los marcadores sanguíneos entre los grupos tratados con FT-TQT y los grupos de control (Fig. 14 complementaria). Se realizaron imágenes NIR-II de los órganos vitales para evaluar la biodistribución de FT-TQT. Los resultados revelaron que el tinte se acumula principalmente en el riñón, el hígado y el bazo a los 7 y 14 días después de la administración intravenosa (Fig. 15 complementaria). La tinción con H&E de los órganos principales no indicó ningún cambio patológico notable después del tratamiento con FT-TQT (Fig. 15 complementaria). En general, la biocompatibilidad de FT-TQT es excelente, lo que muestra un futuro prometedor para la traducción clínica.

Imágenes NIR-II de alta resolución para la red vascular del cerebro y el tumor

Las imágenes de microvasculatura cerebral son un enfoque práctico para comprender las enfermedades cerebrovasculares, como la lesión cerebral traumática, el accidente cerebrovascular y la demencia vascular.48,49,50. El fluoróforo con un alto rendimiento cuántico en la ventana NIR-II es muy prometedor para visualizar la vasculatura cerebral, que se encuentra mucho más profunda (≤1,3 mm) en relación con la superficie de la piel9. Se informa que el tinte NIR-II con grupos funcionales de ácido sulfónico forma fácilmente ensamblajes supramoleculares con proteínas plasmáticas para producir un aumento brillante en el brillo fluorescente.10,51. Curiosamente, las señales fluorescentes de FT-TQT solo aumentaron obviamente en presencia de suero fetal bovino (FBS) (Fig. 7 complementaria). El brillo relativo de la fluorescencia de FT-TQT/FBS calentado a 70 °C durante 10 min denominado [email protected] calentado, fue 16 veces, 8 veces y 11 veces más brillante que FT-TQT/ PBS, FT-TQT/FBS sin calentar y FT-TQT/HSA, respectivamente (los procedimientos de preparación y caracterización de [email protected] se describen en la Fig. 8 complementaria). Además, se demostró que FT-TQT tiene poca interacción con la sangre entera de ratón y los glóbulos rojos, debido a que sus señales NIR-II casi no muestran cambios con respecto a FT-TQT/PBS. Entonces, usamos [email protected] para obtener imágenes de la vasculatura cerebral. Como resultado, la resolución superior de los pequeños vasos se visualizó nítidamente a través del cuero cabelludo y el cráneo intactos (Fig. 5b). Para obtener la información anatómica detallada, los valores de FWHM de los vasos cerebrales se calcularon en 117 µm y 119 µm (LP de 1300 nm) (Fig. 5c). Estos datos sugieren que [email protected] tiene ventajas significativas para la obtención de imágenes de vasos sanguíneos NIR-II en tejido profundo. Para evaluar la biocompatibilidad de [email protected], se realizaron imágenes NIR-II de los órganos vitales después de la administración intravenosa a los 7 y 14 días (Figura complementaria 16). En comparación con FT-TQT, [email protected] se distribuye más ampliamente en el hígado, que tiene un tamaño de partícula grande y es difícil de excretar del riñón. Sin embargo, FT-TQT se distribuye principalmente en el riñón, seguido del hígado. Además, la tinción con H&E de los órganos principales no indicó ningún cambio patológico notable después del tratamiento con [email protected]

Fig. 5: Imágenes NIR-II in vivo para la red vascular del cerebro y el tumor.
Figura 5

a Esquema del sistema de imagen NIR-II del microscopio estereoscópico con zoom. b Imágenes fluorescentes NIR-II representativas de vasos cerebrales después de la inyección intravenosa de complejos [email protected] Barra de escala: 1 mm. C Perfil de intensidad de fluorescencia transversal a lo largo de la línea amarilla que se muestra en el panel (b). También se muestra en rojo una función gaussiana ajustada a los datos (con FWHM). d Los vasos tumorales de un ratón que usa complejos [email protected] contrastan con filtros LP de 1100 nm y 1350 nm. Barra de escala: 1 mm. mi Perfiles de intensidad de fluorescencia transversales (y ajustes gaussianos (rojo) con FWHM indicado por flechas) a lo largo de las líneas amarillas en el panel (d). F El video NIR-II grabado de vasculaturas tumorales en ratones desnudos con xenoinjerto de osteosarcoma 143B en varios puntos de tiempo pi de los complejos [email protected] en filtros LP de 1100 nm. Barra de escala: 1 mm. gramo El monitor del perfil de intensidad de fluorescencia de los vasos tumorales en imágenes de video NIR-II de F. Los datos se presentan como media ± sd derivada de norte= 3 medidas independientes. h Intensidad transversal (línea negra continua) y perfiles de intensidad de fluorescencia de ajuste gaussiano (línea roja punteada) a lo largo de las líneas amarillas en el panel (F). i Análisis cuantitativo de la densidad vascular del tumor mediante el uso de un algoritmo de cuantificación y segmentación vascular en panel (F). Norma, Normalizado. Los parámetros de imagen detallados para cada imagen se enumeran en la Tabla complementaria 3.

El crecimiento tumoral y la metástasis están estrechamente relacionados con la angiogénesis.52. Para visualizar la red vascular en ratones desnudos con osteosarcoma de xenoinjerto, posteriormente realizamos imágenes NIR-II en tiempo real y de alto contraste utilizando [email protected] El video NIR-II grabado de vasos tumorales en ratones produjo imágenes de vasos con supercontraste en la ventana sub-NIR-II de 1100 nm (Fig. 5f, Película complementaria 1). En primer lugar, se identificó fácilmente el vaso principal del tumor junto con sus ramas vasculares irregulares aferentes, mostrando las características típicas de los vasos sanguíneos tumorales. La intensidad de fluorescencia de los principales vasos del tumor se atenuó gradualmente con el tiempo prolongado (Fig. 5g). Luego, los valores FWHM de los recipientes (línea discontinua amarilla) para diferentes filtros se calcularon en 114 µm (LP de 1100 nm), 102 µm (LP de 1350 nm) y 233 µm ( 1100 nm LP) (Fig. 5d, e, h). Finalmente, la densidad vascular de los tumores se evaluó en diferentes momentos utilizando un algoritmo de cuantificación vascular basado en un método de matriz de Hessian modificado.36,53. La densidad de los vasos sanguíneos del tumor aumentó gradualmente después de que se iluminaran las abundantes ramas después de inyectar [email protected] (Fig. 5i). Estos datos indicaron colectivamente que [email protected] proporcionó una resolución impresionante de los vasos sanguíneos y nos inspiró a ampliar la evaluación de la terapia relacionada con los vasos.

Monitoreo en tiempo real de la disrupción vascular del tumor

Los vasos sanguíneos llevan oxígeno y nutrientes a todas las partes del cuerpo, pero también alimentan el cáncer. Se ha demostrado que cortar el suministro de sangre de forma selectiva y matar de hambre al tumor es una estrategia de tratamiento eficaz54. El agente disruptor vascular tumoral (VDA), combretastatina A4 fosfato (CA4P), provoca rápidamente el cierre vascular del tumor y, posteriormente, desencadena una cascada de muerte de células tumorales (Fig. 6a)55. Para monitorear la interrupción vascular del tumor después de administrar CA4P, realizamos imágenes NIR-II en tiempo real de vasos sanguíneos de osteosarcoma de xenoinjerto usando [email protected] en ratones desnudos. En el grupo de control (sin tratamiento con CA4P), los vasos tumorales irregulares eran visibles después de 5 min PI de complejos [email protected] (Fig. 6b). Como era de esperar, no hubo cambios significativos en la morfología vascular del tumor hasta los 35 minutos. En el grupo tratado, tras 30min de administración de CA4P (10mgkg−1), se inyectaron [email protected] y se adquirieron imágenes en tiempo real del vaso tumoral con alta fidelidad (Fig. 6c, Película complementaria 2). La forma de la vasculatura se desdibujó gradualmente hasta que desapareció con el tiempo. Además, se midieron los perfiles transversales de los vasos sanguíneos del tumor en la misma posición (Fig. 6d). Con el tiempo, no se pudieron discernir dos vasos tumorales debido al efecto de CA4P al cortar los vasos sanguíneos tumorales. Juntos, los resultados demostraron la viabilidad de [email protected] para evaluar la alteración vascular del tumor, destacando su aplicación potencial en la evaluación de la eficacia de los agentes de alteración vascular.

Fig. 6: Seguimiento en tiempo real de la rotura vascular del tumor tras el tratamiento con combretastatina A4 fosfato (CA4P).
figura 6

a Ilustración esquemática del proceso de disrupción vascular tumoral tras el tratamiento con CA4P. b Después de 30 min de administración de PBS, se obtuvieron imágenes NIR-II de vasculaturas tumorales de ratones desnudos con osteosarcoma de xenoinjerto 143B en diferentes momentos después de [email protected] pi C Después de 30 minutos de administración de CA4P, se obtuvieron imágenes NIR-II de la vasculatura tumoral de ratones desnudos con xenoinjerto de osteosarcoma 143B en diferentes momentos después de FT-TQT @FBS pi d Corte transversal (línea continua) y perfiles de intensidad de fluorescencia de ajuste gaussiano (línea negra punteada) del vaso a lo largo de las líneas amarillas discontinuas en C en diferentes momentos. Barra de escala: 1 mm. Norma, Normalizado. La imagen detallada los parámetros para cada imagen se enumeran en la Tabla complementaria 3.

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