肝臓の酸化還元状態における疾患特異的な変化を解明するために、in vivoでの多光子蛍光寿命イメージングを使用しています

Using in vivo multiphoton fluorescence lifetime imaging to unravel disease-specific changes in the liver redox state.

• Deborah S Barkauskas
• Gregory Medley
• Xiaowen Liang
• Yousuf H Mohammed
• Camilla A Thorling
• Haolu Wang
• Michael S Roberts

抄録

多光子蛍光寿命顕微鏡は、生体内の無傷の臓器におけるこれらのプロセスの空間的・時間的定量化を可能にし、病態生理学的および外来生物学的ダイナミクスの研究に革命をもたらしました。我々は以前、多光子蛍光寿命顕微鏡を用いて、様々な疾患状態の誘導後のin vivoにおけるマウス肝臓の内因性蛍光代謝補因子ニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド（リン酸）（NAD(P)H）の形態と振幅加重平均蛍光寿命を特徴付けるために使用した。ここでは、NAD(P)H、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)の未結合、結合蛍光寿命を代謝比とともに推定するために非線形回帰を使用して肝臓疾患モデルの特徴付けを拡張し、複数のセグメンテーション法を使用することの影響を検討した。その結果、NAD(P)Hの振幅比と蛍光寿命のレドックス比は、正常肝臓と疾患肝臓の識別材料として使用できることがわかった。レドックス比は、肝線維化と胆道線維化の変化を敏感に測定できることがわかった。肝細胞癌は、空間的不均一性と酸化還元比の増加と平均蛍光寿命の減少に関連していた。我々は、多光子蛍光寿命顕微鏡パラメータと代謝比は、グローバルな平均蛍光寿命測定だけでは明らかにならなかった、正常な肝臓と比較した場合のin vivoでの疾患のレドックス状態についての洞察を提供したと結論付けている。

Multiphoton fluorescence lifetime microscopy has revolutionized studies of pathophysiological and xenobiotic dynamics, enabling the spatial and temporal quantification of these processes in intact organs in vivo. We have previously used multiphoton fluorescence lifetime microscopy to characterise the morphology and amplitude weighted mean fluorescence lifetime of the endogenous fluorescent metabolic cofactor nicotinamide adenine dinucleotide (phosphate) (NAD(P)H) of mouse livers in vivo following induction of various disease states. Here, we extend the characterisation of liver disease models by using nonlinear regression to estimate the unbound, bound fluorescence lifetimes for NAD(P)H, flavin adenine dinucleotide (FAD), along with metabolic ratios and examine the impact of using multiple segmentation methods. We found that NAD(P)H amplitude ratio, and fluorescence lifetime redox ratio can be used as discriminators of diseased liver from normal liver. The redox ratio provided a sensitive measure of the changes in hepatic fibrosis and biliary fibrosis. Hepatocellular carcinoma was associated with an increase in spatial heterogeneity and redox ratio coupled with a decrease in mean fluorescence lifetime. We conclude that multiphoton fluorescence lifetime microscopy parameters and metabolic ratios provided insights into the in vivo redox state of diseased compared to normal liver that were not apparent from a global, mean fluorescence lifetime measurement alone.