[发明专利]一种双波长双尺度纳米药物活体成像系统及时序控制方法

说明书

本发明公开了一种双波长双尺度纳米药物活体成像系统，包括照明单元、显微成像单元和PC上位机，显微成像单元包括组织成像子模块和靶细胞成像子模块，照明单元用于发射第一激发光和/或第二激发光，组织成像子模块获取第一激发光或第二激发光得到纳米药物的介观分布图像，靶细胞成像子模块获取第一激发光和第二激发光得到纳米药物在细胞层面的微观分布图像。可以在同一活体小动物体内获取介观水平纳米药物主要代谢器官的分布及损伤以及微观水平监测纳米药物在靶细胞内的分布及转运特性的同步信息；上位机使用时序精确控制，降低不同时间、不同动物测量的随机误差，阐明纳米药物在小动物体内的转运机制。本发明还公开了一种上述成像系统的时序控制方法。

技术领域

本发明涉及纳米药物荧光显微成像，具体是涉及一种双波长双尺度纳米药物活体成像系统及其时序控制方法。

背景技术

与传统药物相比，纳米药物具有血浆半衰期长、清除率低、靶向输药至病变组织等优点，能够有效提高药物的治疗效果并降低毒副作用。与此同时，跨膜机制的改变，可以增加药物对生物膜的透过性，有利于药物组织吸收及细胞内药效的发挥，进而改善耐药性疾病的疗效，纳米药物以其特有的优势成为当今药物研究的热点。

然而，纳米药物的成药性，如有效性、安全性、质量可控性一直是限制其向临床转化的瓶颈问题，与大量的基础研究相比，只有极少量的纳米药物最终进入临床使用，根本原因是缺乏临床前深入的基础研究及系统的成药性评价。目前，经典的药代动力学研究是考察药物在体内的吸收、分布、代谢、排泄的宏观过程，通过测定血浆药物浓度，计算生物利用度，判断药物的吸收速度与程度，进而判断药物的药代动力学性质的优劣。然而，纳米药物的药物代谢动力学研究不仅与其血浆药物浓度相关，更与其代谢器官富集及组织损伤、靶细胞内药物的转运、结合、代谢、排泄息息相关。基于血浆药物浓度的传统药代动力学并不能准确考察靶器官、靶组织以及靶细胞内的有效药物浓度，进而有效的预测药物疗效。因此，研究纳米药物靶组织、靶细胞的动力学特性，特别是在活体靶细胞内的药代动力学特性显得尤其重要，不仅揭示药物作用的根本原因，还可较准确地预测药物的疗效。故迫切需要将传统的药代动力学研究从“宏观”的血浆药物浓度深入到“微观”的靶细胞、亚细胞层面，探讨影响细胞内药物转运的因素，能更好地预测和改善药物的疗效和毒副作用，推动纳米药物的临床转化速度。

荧光显微技术通过同时检测不同的荧光标记对象来分析细胞的不同组分，突出细胞环境内的特异结构，对活细胞药代动力学研究具有极其重要的意义。尽管各种活体成像系统(CT/SPECT/US/MRI/PET等)可以显示纳米药物更多地聚集于病变组织、器官处，但其空间分辨率往往是毫米级别，远远不能满足活体内细胞成像的需求，也无法评价主要代谢器官的损伤情况。各种光学显微技术(激光共聚焦显微成像、双光子显微成像等)虽然具有非常好的分辨率，可以微观监测细胞结构乃至亚细胞结构的特征，但通常只用于离体的细胞或组织观测，不能实现活体动物靶细胞内纳米药物转运特性的研究。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种观测活体动物组织、靶细胞内纳米药物转运特性的双波长双尺度纳米药物活体成像系统。

本发明还提供上述双波长双尺度纳米药物活体成像系统的时序控制方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种双波长双尺度纳米药物活体成像系统，包括照明单元和显微成像单元，还包括上位机，所述显微成像单元包括组织成像子模块和靶细胞成像子模块，照明单元用于发射第一激发光和/或第二激发光，组织成像子模块获取第一激发光或第二激发光得到纳米药物的介观分布图像，靶细胞成像子模块获取第一激发光和第二激发光得到纳米药物在细胞层面的微观分布图像，上位机控制照明单位周期性发射第一激发光和/或第二激发光以及控制组织成像子模块和靶细胞成像子模块的图像采集。

进一步的，照明单元包括第一激发器、第二激发器、第一激发光快门、第二激发光快门、反光镜、第一双色镜、半波片、分光棱镜，第一激发器发射所述第一激发光，第一激发光用以激发对应纳米壳和细胞膜荧光染料，第一激发光依次经过反光镜、第一双色镜、半波片和分光棱镜；