氧氣成像系統在監測小鼠皮膚組織氧合的應用

瀏覽次數：931　發布日期：2023-12-27　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

公認的導致嚴重組織缺氧的病理因素是癌癥和缺血。此外，活體中的感染和炎癥通常與受影響組織中極低的氧分壓有關。

極譜法氧氣傳感器仍然被認為是測量氧分壓的“黃金標準”。這種方法是有創的，電極本身會消耗氧氣，從而改變其氧氣微環境，并且只能進行單點測量。

氧氣傳感是使用氧敏感染料的發光光學成像，這種染料以依賴于氧的方式猝滅發光。這些染料固定在透氧聚合物基質層中。氧的分布是通過基于發光的讀出技術來確定的，我們想要比較三種量化小鼠皮膚氧分壓的方法，即極譜電極法和兩種將發光光學傳感器箔與特殊成像技術相結合的系統——其中一種是VisiSens™ A1成像系統。

01、材料與方法

將雌性C57BL/6小鼠束縛，將其后腿置于加熱箔上5分鐘(40°C)以促進氧氣通過皮膚擴散。Clark 型電極(Ox-100，Unisense，丹麥)使用前在37°C的脫氧(使用Na2S2O5)或空氣飽和水中進行了兩點校準。將銳化的微電極（直徑100μm）推進到腳墊的加熱皮膚中。使用微操作器以標準化方式進行測量。每秒記錄兩次測量值，并使用 Sensor Trace PRO 3.1.3 軟件評估數據。

使用熒光比率成像(FRIM)或基于熒光壽命成像(FLIM)的光學讀出進行的測量如下：將每只小鼠的腳固定在自粘式加熱箔上(圖1A)。先在腳上滴一滴水，然后在腳上覆蓋一層發光的氧傳感器薄膜。鋁箔與皮膚緊密接觸，確保傳感器和腳部之間不存在會導致錯誤測量的氣泡。使用透明膠帶將傳感器額外在小鼠腳的頂部（圖 1B）。沒有對腳施加過大的壓力。在平衡時間5分鐘后開始測量。FLIM使用CCD相機、可脈沖460 nm LED和濾光片組成的系統進行。用氣體混合裝置產生的不同的pO2值對傳感器箔片進行預校準。使用軟件（Image X TG1 v 4.0）對數據進行分析。VisiSens™傳感器箔(SF-RPSu4，Presens)在使用前使用Na2S2O5進行了校準。使用安裝在三腳架上的VisiSens™探測器單元DU01原型（FRIM設備）在黑暗的環境中記錄信號。使用VisiSens™ AnalytiCal 1軟件對數據進行分析。

圖1

02、Clark 型電極測量

圖2顯示了使用銳化的 Clark型微電極的測量結果，該微電極是使用顯微操作器通過小鼠皮膚推進的。微電極尖端施加的壓力會導致皮膚組織在穿透皮膚之前發生局部缺血。穿透后，局部壓力和壓力引起的局部缺血立即解除，導致記錄的血氧飽和度增加。微電極在組織中不再進一步推進，并在大約10秒內記錄皮膚氧飽和度。最后，將微電極從組織中取出。總之，使用Clark型電極的實驗表明，小鼠的平均皮膚氧飽和度為4.8%±1.8%(平均±標準差，n=7)。

圖2

03、基于FLIM的測量

使用基于FLIM的成像技術進行了快速壽命成像測量，結果如圖3所示。表明平均皮膚氧飽和度為5.5%±0.9%(平均±標準差，n=14；圖3B)。

圖3

04、基于FRIM的測量

VisiSens™氧氣成像系統的比率測量結果如圖4所示。表明平均皮膚氧飽和度為5.4%±0.8%(平均值±標準差，n=16；圖4B)。

圖4

05、結論

我們已經驗證了VisiSens氧氣成像系統對 Clark型微電極和基于FLIM的光學氧氣成像系統的有效性，以確定小鼠的皮膚氧飽和度。我們的數據表明，使用VisiSens或基于FLIM的光學氧氣成像系統進行皮膚氧分壓的經皮成像與使用經典Clark型微電極進行侵入性測量提供相同的氧氣濃度。與Clark型微電極相比，使用VisiSens系統進行的氧氣測量很容易進行。此外，光學傳感器可以對大面積皮膚的皮膚組織氧合進行非侵入性量化。因此，基于FRIM的光學氧氣成像系統VisiSens是分析皮膚組織氧合的完美工具。綜上所述，這項技術將促進我們對組織氧合的局部調節及其對癌癥、傳染病和心血管疾病發病機制的影響的理解。

氧傳感器箔SF-RPSu4 VisiSens™ AnalytiCal 1 軟件

實驗來源：

Julian Hofmann1, Robert M. Meier2, Alexander Mahnke1, Valentin Schatz1, Gregor Liebsch3, Otto Wolfbeis2, and Jonathan Jantsch1
1Mikrobiologisches Institut - Institute of Clinical Microbiology, Immunology and Hygiene, University Hospital Erlangen, Germany
2Institute of Analytical Chemistry, Chemo- and Biosensors, University of Regensburg, Germany
3PreSens GmbH, Regensburg, Germany