Abstract

We describe a technique that uses biocompatible chemical agents to enhance both the sensitivity and the resolution of in vivo imaging with low-level light-emitting probes. We demonstrate experimentally, with chemiluminescence (CL) imaging in vitro as an example, that the detected intensity of CL from treated 3-mm-thick skin tissue is approximately fivefold stronger than that from untreated skin. The spatial resolution correspondingly increases approximately threefold.

© 2003 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
    [CrossRef]
  2. C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
    [CrossRef]
  3. B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
    [CrossRef]
  4. J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  6. H. Yasui and H. Sakurai, Biochem. Biophys. Res. Commun. 269, 131 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. L. V. Wang and Q. Shen, Opt. Lett. 23, 561 (1998).
    [CrossRef]
  8. Q. Shen and L. V. Wang, Appl. Opt. 38, 246 (1999).
    [CrossRef]
  9. M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  11. V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
    [CrossRef] [PubMed]
  12. G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
    [CrossRef]
  13. R. K. Wang, X. Xu, and V. V. Tuchin, J. B. Elder, J. Opt. Soc. Am. B 18, 948 (2001).
    [CrossRef]
  14. R. K. Wang and J. B. Elder, Laser Surg. Med. 30, 201 (2002).
    [CrossRef]
  15. H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
    [CrossRef] [PubMed]
  16. R. K. Wang and V. V. Tuchin, J. X-Ray Sci. Technol. 10, 167 (2002).
  17. V. V. Tuchin, X. Xu, and R. K. Wang, Appl. Opt. 41, 258 (2002).
    [CrossRef] [PubMed]
  18. A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
    [CrossRef]

2002 (7)

R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
[CrossRef]

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

R. K. Wang and J. B. Elder, Laser Surg. Med. 30, 201 (2002).
[CrossRef]

R. K. Wang and V. V. Tuchin, J. X-Ray Sci. Technol. 10, 167 (2002).

V. V. Tuchin, X. Xu, and R. K. Wang, Appl. Opt. 41, 258 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

2001 (3)

R. K. Wang, X. Xu, and V. V. Tuchin, J. B. Elder, J. Opt. Soc. Am. B 18, 948 (2001).
[CrossRef]

B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

2000 (1)

H. Yasui and H. Sakurai, Biochem. Biophys. Res. Commun. 269, 131 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1999 (3)

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Q. Shen and L. V. Wang, Appl. Opt. 38, 246 (1999).
[CrossRef]

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

1998 (1)

1997 (1)

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

1996 (2)

A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
[CrossRef]

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Bachmann, M. H.

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Barton, J. K.

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Beauvoit, B.

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Bhojani, M. S.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Burns, S. M.

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

Cable, M. D.

B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Chan, E. K.

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Chance, B.

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Chenevert, T. L.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Contag, C. H.

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Edinger, M.

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Elder, J. B.

Fathman, C. G.

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Gambhir, S. S.

R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
[CrossRef]

García Sanchez, F.

A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
[CrossRef]

González García, J. A.

A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
[CrossRef]

Hall, D. E.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Hamstra, C. A.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Hardy, J.

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

He, Y.

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Inaba, H.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Ito, K.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Kaneko, K.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Kato, H.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Kimura, M.

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Kobayashi, M.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Kon, I. L.

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Laxman, B.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Liu, H.

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

Maksimova, I. L.

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Mavlutov, A. H.

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Mishin, A. A.

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Navas Díaz, A.

A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
[CrossRef]

Negrin, R. S.

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Nelson, M. B.

B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

O'Connell-Rodwell, C. E.

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

Paulmurugan, R.

R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
[CrossRef]

Rehemtulla, A.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Rice, B. W.

B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Ross, B. D.

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Rylander, H. G.

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Sakurai, H.

H. Yasui and H. Sakurai, Biochem. Biophys. Res. Commun. 269, 131 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Sato, T.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Shen, Q.

Takeda, M.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Tuchin, V. V.

R. K. Wang and V. V. Tuchin, J. X-Ray Sci. Technol. 10, 167 (2002).

V. V. Tuchin, X. Xu, and R. K. Wang, Appl. Opt. 41, 258 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

R. K. Wang, X. Xu, and V. V. Tuchin, J. B. Elder, J. Opt. Soc. Am. B 18, 948 (2001).
[CrossRef]

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Ueda, K.

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Umezawa, Y.

R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
[CrossRef]

Vargas, G.

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Wang, L. V.

Wang, R. K.

Welch, A. J.

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Xing, D.

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Xu, X.

Yamazaki, Y.

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Yan, G.

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Yasui, H.

H. Yasui and H. Sakurai, Biochem. Biophys. Res. Commun. 269, 131 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Zimnyakov, D. A.

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

Anal. Chim. Acta (1)

A. Navas Díaz, F. García Sanchez, and J. A. González García, Anal. Chim. Acta 327, 161 (1996).
[CrossRef]

Appl. Opt. (2)

Biochem. Biophys. Res. Commun. (1)

H. Yasui and H. Sakurai, Biochem. Biophys. Res. Commun. 269, 131 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Cancer Lett. (1)

Y. He, D. Xing, G. Yan, and K. Ueda, Cancer Lett. 182, 141 (2002).
[CrossRef] [PubMed]

Exp. Hematol. (1)

J. Hardy, M. Edinger, M. H. Bachmann, R. S. Negrin, C. G. Fathman, and C. H. Contag, Exp. Hematol. 29, 1353 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

J. Biomed. Opt. (3)

B. W. Rice, M. D. Cable, and M. B. Nelson, J. Biomed. Opt. 6, 432 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

V. V. Tuchin, I. L. Maksimova, D. A. Zimnyakov, I. L. Kon, A. H. Mavlutov, and A. A. Mishin, J. Biomed. Opt. 2, 401 (1997).
[CrossRef] [PubMed]

H. Liu, B. Beauvoit, M. Kimura, and B. Chance, J. Biomed. Opt. 1, 200 (1996).
[CrossRef] [PubMed]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. X-Ray Sci. Technol. (1)

R. K. Wang and V. V. Tuchin, J. X-Ray Sci. Technol. 10, 167 (2002).

Laser Surg. Med. (1)

R. K. Wang and J. B. Elder, Laser Surg. Med. 30, 201 (2002).
[CrossRef]

Lasers Surg. Med. (1)

G. Vargas, E. K. Chan, J. K. Barton, H. G. Rylander, and A. J. Welch, Lasers Surg. Med. 24, 133 (1999).
[CrossRef]

Neurosci. Res. (1)

M. Kobayashi, M. Takeda, T. Sato, Y. Yamazaki, K. Kaneko, K. Ito, H. Kato, and H. Inaba, Neurosci. Res. 34, 103 (1999).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (1)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

R. Paulmurugan, Y. Umezawa, and S. S. Gambhir, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 15608 (2002).
[CrossRef]

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1)

B. Laxman, D. E. Hall, M. S. Bhojani, C. A. Hamstra, T. L. Chenevert, B. D. Ross, and A. Rehemtulla, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 16551 (2002).
[CrossRef]

Trends Biotechnol. (1)

C. E. O’Connell-Rodwell, S. M. Burns, M. H. Bachmann, and C. H. Contag, Trends Biotechnol. 20, 19 (2002).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the experimental system.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Two identical square CL sources. (b) Photograph of the tissue sample. The central dark line divides the sample into intact (left) and treated (right) parts. (c) Imaging of the CL sources in (a) covered by the sample with an exposure time of 60 s. (d) The CL intensity as a function of positions across the center in (c).

Fig. 3
Fig. 3

One-dimensional CL intensities across the centers of two movable sources, shown in Fig. 2(a), for various distances of Δx covered by (a) intact and (b) treated tissue samples.

Fig. 4
Fig. 4

CL intensities of the reaction solution of the luminol–H2O2–HRP mixture with and without glycerol at a final concentration of 5%.

Metrics