Visualization of cellular dynamics in the gastrointestinal tract of living mouse model to investigate the pathophysiology has been a long-pursuing goal. Especially, for studying chronic disease such as Crohn’s disease, a longitudinal observation of the luminal surface of the small intestine in the single mouse is highly desirable to investigate the complex pathogenesis in sequential time points. In this work, by utilizing a micro gradient index (GRIN) lens based side-view endomicroscope integrated into a custom-built video-rate confocal microscopy system, minimally-invasive in vivo cellular-level visualization of various fluorescent cells and microvasculature in the small intestinal villi was successfully performed. Also, with a transgenic mouse universally expressing photoconvertible protein, Kaede, a repetitive cellular-level confocal endoscopic visualization of same area in the small intestinal lumen of a single mouse was demonstrated, which revealed the continuous homeostatic renewal of the small intestinal epithelium.
Meanwhile, a direct observation of a deep tissues such as a solid tumor, skin dermal layer and deeper brain with a live mouse over an extended duration of time has been exceedingly desirable to understand the complicated physiological processes and contribute a new insight in various microenvironment. However, applications of the conventional laser scanning confocal microscope for a live mouse have been mostly limited to the superficial parts of the tissues due to a light scattering problem of the inhomogeneous tissues. In this work, minimally-invasive in vivo cellular-level confocal endomicroscopic visualizations of microvasculature and individual fluorescent cells deeply placed inside a solid tumor, deeper skin and brain were achieved, by utilizing GRIN lenses based side-view endomicroscope integrated into a small diameter hypodermal needle. And then, a repetitive and longitudinal visualization of breast cancer cells expressing green fluorescence protein, 4T1-GFP in the growing whole breast tumor was established.
살아있는 생쥐에서 병리 생리학을 연구하기 위해 위장관 내 세포 역학을 영상화하는 것은 오랜 목표였다. 특히, 크론병과 같은 만성 질환의 연구를 위해 순차적인 시점으로 복잡한 병인 발생을 조사하고자 한 마리의 생쥐에서 소장의 내부 표면을 장기간 관찰하는 것이 추구되었다. 본 연구에서는 자체 제작한 공초점 현미경 시스템에 초소형 그린렌즈 기반의 측면 내시경을 결합해 살아있는 생쥐의 소장 내 융모 조직의 다양한 형광 세포 및 미세 혈관 구조를 최소 침습적으로 영상화하였다. 또한 광 변환이 가능한 단백질인 카에데 단백질을 발현하는 유전자 조작 생쥐 모델과 그린렌즈 기반 공초점 내시현미경을 이용하여 소장의 상피 조직에서 일어나는 지속적인 세포 생성을 세포 분해능 수준으로 규명하기 위해 소장 표면의 동일한 위치를 반복적으로 영상화하였다.
한편으로, 살아있는 생쥐에서 고형종양, 피부 진피층, 뇌의 심부조직을 직접적으로 그리고 장기간 영상화하는 것은 복잡한 생리 과정과 다양한 미세 환경을 이해하는데 새로운 관점을 제공한다. 그러나 기존의 생체 내 영상화를 위한 레이저 주사 공초점 현미경은 불균일한 조직의 빛 산란 문제 때문에 조직의 표면 연구에만 제한되었다. 본 연구에서는 초소형 직경의 피하선 주사 바늘 내부로 그린렌즈를 결합한 측면 내시현미경을 제작해 생쥐의 생체 내 고형종양, 피부, 뇌 심부조직에 존재하는 다양한 형광세포 및 미세혈관 구조를 최소 침습적으로 영상화하였다. 또한 녹색 형광 단백질을 발현하는 유방암 세포주를 이용해 유방암 조직의 성장을 반복적이고 장기적으로 관찰하였다.
