Multi-modal near-IR fluorescence in vivo imaging
- Reference number
- ITM17-0491
- Start and end dates
- 190101-220630
- Amount granted
- 7 975 625 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Life Science Technology
Summary
We will develop a multi-modal fluorescence-based near-IR (NIR) method for in vivo imaging with high spatial and temporal resolution. We will incorporate technology developed for single-molecule fluorescence spectroscopy into the method to maximize sensitivity and specificity, and make it capable to image disease-specific microRNA biomarkers, sensed via the luminescence of functionalized nanoparticles, designed and developed in the project. Moreover, we will exploit the highly environment-sensitive fluorescence blinking behavior of NIR dyes, and by innovative readouts of their blinking kinetics translate these plain dyes into functional reporter molecules of local oxygenation, pH, fluidity, and redox conditions. Following the design, implementation and verification of instrumentation, probes and readout principles, the final goal is to show that our method can provide in vivo images of biomarkers and of local metabolic and micro-environmental parameters reflecting important physiological and pathological conditions. The project is highly interdisciplinary, and will be supported by several collaborators, including also potential end-users in biomedical research and pharma industry. With their feedback throughout the development of the imaging technology, we expect to establish a method offering new means to correlate quantitative cellular and molecular in vitro data with in vivo functional parameters, critically needed in drug development and biomedical research.
Popular science description
Inom läkemedelsutveckling och inom biomedicinsk forskning är det mycket viktigt att kunna avbilda i detalj vad som händer i levande organismer, och koppla det till vad man kan se på cellulär och molekylär nivå. Möjligheterna till att göra detta är dock begränsade. I detta projekt avser vi att utveckla en avbildnings-metod inom det infraröda området, som kan förbättra dessa möjligheter. Vi kommer att använda teknologi från det biofysikaliska forskningsfältet, där man med fluorescensljus kan undersöka enstaka molekyler med hög känslighet, för att därmed förbättra känsligheten för vår avbildningsmetod. Vi kommer vidare att utveckla och tillverka speciella mycket små luminiscerande partiklar (runt några miljarddelar av en meter i diameter) som kan ändra sin avgivna luminescens (ljus), beroende på om sjukdomsspecifika molekyler finns i deras närhet eller ej. Vi kommer också att utveckla en avläsningsmetod, där vi utnyttjar att vanliga färgämnesmarkörer inom det infraröda området blinkar på olika sätt beroende på omgivningsfaktorer i deras omdelbara närhet. Genom speciellt utvecklade mät-förfaranden kan vi sedan avbilda hur dessa färgämnesmarkörer blinkar, och därmed få en bild över hur omgivningen ser ut i levande organismer. Denna blinkning är speciellt känslig för parametrar som är kopplade till ämnesomsättningen och den lokala förbrukningen av födoämnen, som i sin tur oftast ändras vid allehanda sjukdomstillstånd, såsom vid många cancer- och infektionssjukdomar. Detta gör metoden mycket intressant inom biomedicinsk forskning och för utveckling av nya läkemedel. Efter att vi utvecklat principerna för och kontruerat vårt instrument kommer vi att bekräfta genom mätningar att metoden fungerar, och att den kan avbilda sjukdoms-specifika molekyler och förändringar i lokal ämnesomsättning i levande organismer (möss). Detta projekt spänner över många ämnesområden. Vi har lyckats samla många samarbetspartners runt denna metodutveckling, vilka också inkluderar partners inom biomedicinsk forskning och läkemedelsutveckling. På så sätt kan vi få en återkoppling genom hela utvecklingen av metoden från de viktigaste slutanvändarna av metoden. Det slutliga målet är att kunna etablera en metod som gör det möjligt att kunna avbilda vad som händer i levande organismer, koppla det till vad man kan se på cellulär och molekylär nivå. Detta är en mycket efterfrågat möjlighet inom läkemedelsutveckling och inom biomedicisnk forskning.