Development of two-photon excitable ultrabright fluorescent nanoprobes for in vivo high-speed deep imaging

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15246
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: Niko Yosuke 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 助教 (20782056)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 二光子励起蛍光イメージング / ナノエマルジョン / ピレン / 第二近赤外光

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed novel ultrabright fluorescent nanoprobes containing large numbers of pyrene-based fluorescent molecules to improve the observable depth and imaging speed in in vivo two-photon microscopy imaging (2PM). Nanoprobes encapsulating thousands of red-emissive pyrene derivative (LipoPYF5) could visualize the blood vasculature in hippocampus (at a depth of 1.5 mm from the brain surface) of mice, whereas a commonly used rhodamine dye could visualize brain vasculature only at a depth of 0.7 mm. Moreover, when a new pyrene dye (NIR-LipoPYF5) that can be excited by a laser oscillating second near-infrared light (1100 nm) was employed instead of LipoPYF5, brain blood vasculature at 1.5 mm depth was observed even under high speed condition (30 frames/s). Furthermore, by averaging 8 images, we succeeded in visualizing the brain blood vasculature at up to 1.8 mm, corresponding to the hippocampal dentate gyrus.

Free Research Field

光機能性物質

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、蛍光プローブの高輝度化が生体2PMにおける観察深度・観察速度の向上に重要であることを明らかにした。本研究中に開発したLipoPYF5集積型蛍光ナノプローブは、市販の二光子顕微鏡に備わっているレーザー・ディテクターにマッチしており、一般的なユーザーなら誰でも使用可能である。NIR-LipoPYF5集積型蛍光ナノプローブについては第二近赤外光を発振する高価なレーザーを必要とするものの、マウス脳海馬CA1領域全層の毛細血管を可視化する極めて高性能なものである。以上の点から、これら新規超高輝度蛍光ナノプローブは生物医学的研究、特に脳血管疾患の病態解明に有用なツールになると期待される。