Abstract

We show that fluorescence lifetime is a powerful contrast mechanism that can enhance the whole-body imaging of fluorescent proteins (FPs), in the presence of background tissue autofluorescence (AF). The nonexponential AF decay is characterized from time-domain (TD) measurements on multiple nude mice and separated from the FP fluorescence using a linear fit to a priori basis functions. We illustrate this approach using an orthotopic mouse tumor model of breast adenocarcinoma. We also report that four commonly used FPs show distinct lifetimes, indicating their suitability for in vivo lifetime multiplexing. These results suggest the potential for exploiting fluorescence lifetime for imaging FPs for a variety of whole-body small-animal imaging applications.

© 2009 Optical Society of America

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
    [CrossRef]
  2. R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
    [CrossRef]
  3. P. I. H. Bastiaens and A. Squire, Trends Cell Biol. 9, 48 (1999).
    [CrossRef]
  4. M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
    [CrossRef]
  5. G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
    [CrossRef]
  6. R. M. Hoffman and M. Yang, Nat. Protocols 1, 1429 (2006).
    [CrossRef]
  7. N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
    [CrossRef]
  8. J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).
  9. V. Y. Soloviev, J. McGinty, K. B. Tahir, M. A. A. Neil, A. Sardini, J. V. Hajnal, S. R. Arridge, and P. M. W. French, Opt. Lett. 32, 2034 (2007).
    [CrossRef]
  10. A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
    [CrossRef]
  11. A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
    [CrossRef]

2008 (3)

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

2006 (1)

R. M. Hoffman and M. Yang, Nat. Protocols 1, 1429 (2006).
[CrossRef]

2005 (2)

N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
[CrossRef]

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

2002 (1)

R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
[CrossRef]

1999 (1)

P. I. H. Bastiaens and A. Squire, Trends Cell Biol. 9, 48 (1999).
[CrossRef]

Arridge, S. R.

Bacskai, B. J.

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
[CrossRef]

Bastiaens, P. I. H.

P. I. H. Bastiaens and A. Squire, Trends Cell Biol. 9, 48 (1999).
[CrossRef]

Boas, D. A.

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

Deliolanis, N. C.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Dunn, A. K.

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

French, P. M. W.

Fukumura, D.

R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
[CrossRef]

Grimm, J.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Hajnal, J. V.

Hoffman, R. M.

R. M. Hoffman and M. Yang, Nat. Protocols 1, 1429 (2006).
[CrossRef]

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Jain, R. K.

R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
[CrossRef]

Jiang, P.

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Kambara, H.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Kasmieh, R.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Kumar, A. T. N.

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
[CrossRef]

Lingna, L.

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Mahmood, U.

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

McGinty, J.

Moossa, A. R.

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Munn, L. L.

R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
[CrossRef]

Neil, M. A. A.

Ntziachristos, V.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Penman, S.

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Pittet, M. J.

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

Raymond, S. B.

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, Opt. Lett. 33, 470 (2008).
[CrossRef]

Ripoll, J.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Saeki, Y.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Sardini, A.

Shah, K.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Shaner, N. C.

N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
[CrossRef]

Shih, H.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Soloviev, V. Y.

Squire, A.

P. I. H. Bastiaens and A. Squire, Trends Cell Biol. 9, 48 (1999).
[CrossRef]

Steinbach, P. A.

N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
[CrossRef]

Tahir, K. B.

Tam, J. M.

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

Tannous, B. A.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Tsien, R. Y.

N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
[CrossRef]

Upadhyay, R.

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

Weissleder, R.

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Wurdinger, T.

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Yang, M.

R. M. Hoffman and M. Yang, Nat. Protocols 1, 1429 (2006).
[CrossRef]

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

Zacharakis, G.

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

IEEE Trans. Med. Imaging (1)

A. T. N. Kumar, S. B. Raymond, A. K. Dunn, B. J. Bacskai, and D. A. Boas, IEEE Trans. Med. Imaging 27, 1152 (2008).
[CrossRef]

J. Biomed. Opt. (1)

N. C. Deliolanis, R. Kasmieh, T. Wurdinger, B. A. Tannous, K. Shah, and V. Ntziachristos, J. Biomed. Opt. 13, 044008 (2008).
[CrossRef]

Mol. Imaging (1)

J. M. Tam, R. Upadhyay, M. J. Pittet, R. Weissleder, and U. Mahmood, Mol. Imaging 6, 269 (2007).

Nat. Methods (1)

N. C. Shaner, P. A. Steinbach, and R. Y. Tsien, Nat. Methods 2, 905 (2005).
[CrossRef]

Nat. Protocols (1)

R. M. Hoffman and M. Yang, Nat. Protocols 1, 1429 (2006).
[CrossRef]

Nat. Rev. Cancer (1)

R. K. Jain, L. L. Munn, and D. Fukumura, Nat. Rev. Cancer 2, 266 (2002).
[CrossRef]

Opt. Lett. (2)

Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2)

M. Yang, L. Lingna, P. Jiang, A. R. Moossa, S. Penman, and R. M. Hoffman, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100, 14259 (2003).
[CrossRef]

G. Zacharakis, H. Kambara, H. Shih, J. Ripoll, J. Grimm, Y. Saeki, R. Weissleder, and V. Ntziachristos, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 18252 (2005).
[CrossRef]

Trends Cell Biol. (1)

P. I. H. Bastiaens and A. Squire, Trends Cell Biol. 9, 48 (1999).
[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.


Metrics