3D Multiparametric Photoacoustic Computed Tomography of Primary and Metastatic Tumors in Living Mice

体内 血管生成 医学 药代动力学 成像生物标志物 肿瘤微环境 癌症 原发性肿瘤 转移 离体 病理 生物医学工程 癌症研究 磁共振成像 放射科 生物 内科学 生物技术
作者
Jiwoong Kim,Jihye Lee,Seongwook Choi,Hyori Lee,Jinge Yang,Hyunseo Jeon,Minsik Sung,Won Jong Kim,Chulhong Kim
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (28): 18176-18190 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c12551
摘要

Photoacoustic computed tomography (PACT), an emerging imaging modality in preclinical cancer research, can provide multiparametric 3D information about structures, physiological functions, and pharmacokinetics. Here, we demonstrate the use of high-definition 3D multiparametric PACT imaging of both primary and metastatic tumors in living mice to noninvasively monitor angiogenesis, carcinogenesis, hypoxia, and pharmacokinetics. The high-definition PACT system with a 1024-element hemispherical ultrasound transducer array provides an isotropic spatial resolution of 380 μm, an effective volumetric field-of-view of 12.8 mm × 12.8 mm × 12.8 mm without scanning, and an acquisition time of <30 s for a whole mouse body. Initially, we monitor the structural progression of the tumor microenvironment (e.g., angiogenesis and vessel tortuosity) after tumor cell inoculation. Then, we analyze the change in oxygen saturation of the tumor during carcinogenesis, verifying induced hypoxia in the tumor's core region. Finally, the whole-body pharmacokinetics are photoacoustically imaged after intravenous injection of micelle-loaded IR780 dye, and the in vivo PACT results are validated in vivo and ex vivo by fluorescence imaging. By employing the premium PACT system and applying multiparametric analyses to subcutaneous primary tumors and metastatic liver tumors, we demonstrate that this PACT system can provide multiparametric analyses for comprehensive cancer research.
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