Dual-modal Microscopy of Metabolic Reprogramming in Cancer

癌症代谢重编程的双模式显微镜

基本信息

  • 批准号:
    9187011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 18.57万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-12-01 至 2017-11-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Metabolic reprogramming, the shift from oxidative to glycolytic metabolism, has been increasingly considered as a core hallmark of cancer. Our recent in vitro study suggests that metabolic reprogramming may be the underlying mechanism through which oncogenic Ras-induced mitochondrial dysfunction drives tumor initiation and progression. Examining this innovative and important hypothesis holds great promise to advance our understanding of the metabolic signaling in cancer and inspire new strategies for early cancer detection and targeted therapy. However, it has been impeded by the lack of a technology capable of dynamically imaging the metabolic shift at the microscopic level in vivo. The proposed research aims to meet this stringent demand by developing a reflection-mode dual-modal microscopy platform. Integrating two cutting-edge techniques- photoacoustic microscopy (PAM) and multiphoton fluorescence lifetime imaging microscopy (MPFLIM)-in a radically new way, this platform will enable concurrent imaging of two gold-standard metabolic indices: the metabolic rate of oxygen (MRO2) and optical redox ratio. Co-evolution of the two indices will quantitatively and dynamically delineate metabolic reprogramming during cancer development. To this end, we have organized this project around three specific aims. First, we will develop an optical-acoustic objective by integrating a high- frequency ultrasonic transducer and a reflective microscope objective. This novel design will enable the natural integration of optical excitation (for both PAM and MPFLIM) and acoustic detection (for PAM only) in reflection mode. Then, we will implement the dual-modal microscopy platform based on our existing MPFLIM system. Concurrent detection of optically-absorbing blood hemoglobin and autofluorescent metabolic coenzymes (i.e., NADH and FAD) through properly designed dual-modal scan and data acquisition will enable, for the first time, in vivo high-resolution imaging of MRO2 and optical redox ratio at the same spatiotemporal scale. Ultimately, validating the performance of the platform in a mouse tumor model will prepare us for follow-up mechanistic studies of the role of Ras-induced mitochondrial dysfunction in metabolic reprogramming and tumorigenesis. Successful completion of this developmental grant will lead to a technical breakthrough in the field of metabolic imaging and allow us to tackle important questions, including whether genetic inhibition of mitochondrial fission can reverse metabolism reprogramming and which genetic factors contribute to the metabolic phenotypes in cancer. These studies not only will give us a clearer understanding of cancer metabolic signaling but also may identify new therapeutic targets for the treatment of Ras-driven malignancies. The potential impact of the dual- modal microscopy could be very broad, because metabolic reprogramming contributes to the development of numerous diseases besides cancers, including but not limited to Alzheimer disease, obesity, and diabetes. The robust performance and ease of implementation, enabled by the novel optical-acoustic objective, will pave the way for disseminating this promising technique throughout the research community.
 描述(由申请人提供):代谢重编程,即从氧化代谢向糖酵解代谢的转变,已越来越多地被认为是癌症的核心标志。我们最近的体外研究表明,代谢重编程可能是致癌 Ras 诱导线粒体的潜在机制。研究这一创新且重要的假说有望促进我们对癌症代谢信号的理解,并激发早期癌症检测和靶向治疗的新策略。由于缺乏能够在体内微观水平动态成像代谢变化的技术,这项研究旨在通过开发集成两种尖端技术——光声技术来满足这一严格的需求。显微镜 (PAM) 和多光子荧光寿命成像显微镜 (MPFLIM) - 该平台将以一种全新的方式同时成像两个金标准代谢指标:氧代谢率 (MRO2)两个指标的共同进化将定量、动态地描述癌症发展过程中的代谢重编程。为此,我们围绕三个具体目标组织了这个项目。这种新颖的设计将在反射模式下实现光学激励(适用于 PAM 和 MPFLIM)和声学检测(仅适用于 PAM)的自然集成。基于我们现有的 MPFLIM 系统的双模态显微镜平台,通过正确设计的双模态扫描和数据采集,能够同时检测光学吸收血液血红蛋白和自发荧光代谢辅酶(即 NADH 和 FAD)。活体高分辨率成像 最终,在小鼠肿瘤模型中验证该平台的性能将为 Ras 诱导的线粒体功能障碍在代谢重编程和肿瘤发生中的作用的后续机制研究的成功完成做好准备。这项发展资助的一部分将带来代谢成像领域的技术突破,并使我们能够解决重要问题,包括线粒体裂变的遗传抑制是否可以逆转代谢重编程以及哪些遗传因素有助于代谢表型这些研究不仅能让我们更清楚地了解癌症代谢信号转导,而且还可能确定治疗 Ras 驱动的恶性肿瘤的新治疗靶点。双模式显微镜的潜在影响可能非常广泛,因为代谢重编程。除了癌症之外,它还导致许多疾病的发展,包括但不限于阿尔茨海默病、肥胖症和糖尿病,新颖的光声目标实现了强大的性能和易于实施,将为在整个领域传播这一有前景的技术铺平道路。这研究社区。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multiparametric photoacoustic microscopy of the mouse brain with 300-kHz A-line rate.
小鼠大脑的多参数光声显微镜,A 线速率为 300 kHz。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Wang, Tianxiong;Sun, Naidi;Cao, Rui;Ning, Bo;Chen, Ruimin;Zhou, Qifa;Hu, Song
  • 通讯作者:
    Hu, Song
Emerging concepts in functional and molecular photoacoustic imaging.
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    Lanlan Li

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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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