CN103153168A - 用于探测淀粉样蛋白的系统和方法 - Google Patents

用于探测淀粉样蛋白的系统和方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一个实施例，提供一种用于探测哺乳动物的眼睛中的淀粉样蛋白的设备和方法。一种方法包括：用光源照射眼睛，光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到淀粉样蛋白时至少在淀粉体键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白；并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。

Description

用于探测淀粉样蛋白的系统和方法
有关申请
本申请要求对2010年8月16日提交的第61/374,131号在先美国临时专利申请和2010年12月21日提交的第61/425,490号在先美国临时专利申请的权益；并且按照35U.S.C.§119或者365要求对2011年2月11日提交的第11001148.3号欧洲专利申请的优先权。
本申请也与有关以下专利申请和专利有关：第11/786,514号美国专利申请、提交于2007年4月11日、现为第7,828,436号美国专利；以及第12/154,226号美国专利申请、提交于2008年5月21日并且公布为美国专利申请公布号2009/0041666；以及第7,107,092号美国专利和第7,297,326号美国专利。
通过引用将所有上述专利、公布和申请的全部教导结合于此。
背景技术
总是希望在疾病的发展中及早探测到它们。及早探测实现及早治疗，一般已经证明及早治疗在治疗各种疾病时产生更高成功率。已经发现分析人的眼睛并且具体为眼睛的晶状体可以产生各种属型的疾病的指示。具体而言，研究者已经在阿尔茨海默病[AD]患者的眼睛的晶状体的核上(supranucleus)中发现β-淀粉样肽(β-amyloidpeptide)及其聚集体。参见Goldstein等人的第7,297,326号美国专利。由于核仅为零点几毫米的厚度，所以从晶状体的这一区域获得的测量需要位置准确、信息具体并且采集快速。这由于人眼即使在患者注视于照射的目标上时仍然在几乎持续运动中而尤其成立。
已经表明β-淀粉样肽及其聚集体在测试哺乳动物的眼睛的核上和/或皮层晶状体区域中的存在或者与正常控制值比较的数量增加指示测试哺乳动物遭受神经退行性疾病、比如淀粉样紊乱或者处于发展该疾病的风险中。
目前需要用于允许及早探测淀粉样紊乱的系统和方法。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种用于探测在哺乳动物的眼睛中的淀粉样蛋白、比如包括聚集体的淀粉样蛋白的方法。在一些实施例中，对淀粉样蛋白的探测指示淀粉样紊乱。该方法包括：用光源照射眼睛，光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到淀粉样蛋白时至少在淀粉体-键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白；接收包括作为照射眼睛的结果而产生的荧光的光；并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。
在进一步有关实施例中，该方法还可以包括：至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光强度。可以基于强度和时间衰减速率中的至少一项来确定键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的数量。该方法还可以包括：基于由于从眼睛的组织发射的自然荧光所致的荧光信号增加来确定眼睛的眼睛界面、比如晶状体囊的位置。可以使用光源的照射来采样眼睛的至少一个区域，该采样包括执行以下各项中的至少一项：测量整个区域；或者使用光源的照射来采样区域内的不同位置，采样不同位置包括照射眼睛内的至少一个点、平面和/或体积。该采样可以包括采样跨眼睛的多于一个区域的不同位置。例如可以在沿着向眼睛中深度延伸的垂直轴的接连平面中使用光源来执行眼睛的平面扫描。可以基于(i)远离眼睛的具体解剖结构、比如晶状体囊的界面或者角膜界面的距离或者(ii)探测到强度测量的改变(斜率)来确定眼睛的核上的位置。区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在可以包括区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光、其它非具体粒子的自身荧光以及未键合成像剂。该方法还可以包括：区别以下各项中的多于一项的存在或者数量中的至少一项：淀粉体-键合化合物；键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物；以及淀粉样蛋白。淀粉样蛋白可以包括聚集体或者预淀粉样蛋白聚集体(包括肽Aβ1-42和/或Aβ1-40的二聚物、三聚物或者更高阶低聚物)。例如淀粉样蛋白可以包括β-淀粉体。淀粉体样紊乱可以包括阿尔茨海默疾病。
在进一步有关实施例中，淀粉体-键合化合物可以包括分子转子(rotor)、柯胺和/或柯胺衍生物、刚果红和/或刚果红衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺淀粉体-键合化合物；柯胺衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺G或者柯胺G衍生物淀粉体-键合化合物；硫磺素T或者硫磺素T衍生物淀粉体-键合化合物；以及硫磺素S或者硫磺素S衍生物淀粉体-键合化合物。该方法还可以包括：仅基于荧光探测来至少区别淀粉样蛋白的存在。该方法还可以包括：确定在眼睛的某个区域中具有具体衰减速率的光子的平均数目。可以基于探测到的荧光来确定淀粉体-键合化合物向眼睛的递送速率、向眼睛递送的淀粉体-键合化合物的空间分布和/或淀粉体-键合化合物在眼睛的角膜的界面的浓度梯度。另外，可以基于探测到的荧光来确定眼睛的水状体中的淀粉体-键合化合物的空间分布和淀粉体-键合化合物的时间分布中的至少一个。
该方法还可以包括：基于眼睛的解剖结构或者子结构的至少部分的自然荧光激发来确定解剖结构或者子结构的至少一个尺度。确定至少一个尺度可以包括以下各项中的至少一项：确定结构或者子结构的厚度；确定结构或者子结构的形状；以及确定在眼睛的一个或者多个结构或者子结构之间的距离。例如确定至少一个尺度可以包括确定角膜厚度、角膜形状、水状体深度、晶状体形状或者晶状体厚度，或者确定眼睛的晶状体或者其它结构或者子结构内的内部测量、比如从晶状体的表面到皮层或者核上或者核的距离。该方法还可以包括使用光电探测器件、比如光电二极管、光电倍增器、电荷耦合器件(CCD)和增强型电荷耦合器件(ICCD)中的至少一项；例如快速雪崩光电二极管探测器来探测眼睛产生的荧光。该方法可以包括执行对眼睛产生的荧光的时间相关单光子计数。时间相关单光子计数可以包括脉冲化光源并且基于作为时间通道单位的函数的光子计数分布来确定荧光时间衰减速率。
在进一步有关实施例中，该方法可以包括：在眼睛内扫描以确定激发的自然荧光并且由此确定眼睛中的至少一个感兴趣的区域；并且使用光源的照射来采样眼睛中的至少一个感兴趣的区域，该采样包括执行以下各项中的至少一项：测量至少一个区域的至少一个全部区域；或者使用光源的照射来采样至少一个区域内的不同位置，采样不同位置包括照射至少一个区域内的点、平面或者体积中的至少一项；其中采样用于至少针对在至少一个采样的区域内的、键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光强度和荧光时间衰减速率。例如该方法可以包括：执行深入眼睛中的轴向扫描(z-扫描)以确定沿着轴向扫描的每个点的、激发的自然荧光并且由此确定眼睛中的至少一个感兴趣的位置；并且在与轴向扫描的方向垂直的接连平面中使用光源来执行眼睛的平面扫描以至少针对在每个平面扫描的每个点的、键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光确定荧光强度和荧光时间衰减速率。该方法可以实现在眼睛内实时搜寻指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白。
在进一步有关实施例中，该方法还可以包括：针对眼睛中的键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域用适当波长的光照射眼睛；并且针对眼睛中的键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测从眼睛接收的适当波长的光。淀粉体-键合化合物可以是化合物#11。激发光谱可以具有约470nm的峰值，照射眼睛的波长在激发光光谱的峰值加上或者减去约20nm内，并且发射光谱可以具有约580nm的峰值，探测从眼睛接收的光的波长是在发射光谱的峰值加上或者减去约20nm内。
在根据本发明的另一实施例中，提供一种用于探测哺乳动物的眼睛中的淀粉样蛋白的设备。该设备包括：光源，被配置用于发射用于照射眼睛的光，光具有光波长、光偏振或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到淀粉样蛋白时至少在淀粉体键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白；以及光学单元，被配置用于接收包括作为对眼睛的照射的结果而产生的荧光的光并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。
在进一步有关实施例中，光学单元可以被配置用于针对以下各项中的至少一项来确定时间衰减速率：分子转子淀粉体-键合化合物；刚果红或者刚果红衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺淀粉体-键合化合物；柯胺衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺G或者柯胺G衍生物淀粉体-键合化合物；硫磺素T或者硫磺素T衍生物淀粉体-键合化合物；以及硫磺素S或者硫磺素S衍生物淀粉体-键合化合物。光学单元可以至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光强度。光学单元可以被配置用于基于强度和时间衰减速率中的至少一项来确定键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的数量。光学单元可以被配置用于确定在眼睛的某个区域中具有具体衰减速率的光子的平均数目。光源可以包括脉冲式激光器。该设备还可以包括：光学扫描单元，被配置用于在眼睛中的位置之上扫描来自光源的光。光学扫描单元可以包括在平移台上装配的物镜和包括电流计镜的扫描器。光学扫描单元可以被布置用于使用光源的照射来采样眼睛中的至少一个感兴趣的区域，该采样包括执行以下各项中的至少一项：测量至少一个区域的至少一个全部区域；或者使用光源的照射来采样至少一个区域内的不同位置，采样不同位置包括照射至少一个区域内的点、平面或者体积中的至少一项。光学扫描单元可以被布置用于扫描跨眼睛的多于一个区域的不同位置。在一个示例中，光学扫描单元可以被布置用于在沿着向眼睛中深度延伸的垂直轴的接连平面中使用光源来执行眼睛的平面扫描。该设备还可以包括：光电探测器单元，用于探测从眼睛发射的荧光、比如光电二极管、光电倍增器、电荷耦合器件(CCD)和增强型电荷耦合器件(ICCD)中的至少一项；例如快速雪崩光电二极管探测器。
在进一步有关实施例中，该设备可以包括：时间相关单光子计数模块，从光电探测器单元接收电信号，电信号指示来自眼睛的荧光的光子计数。该设备可以包括：至少一个处理器模块，被配置用于基于作为时间通道单位的函数的光子计数分布来确定荧光时间衰减速率。光学单元可以被配置用于区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光和其它非具体粒子的自身荧光以及未键合淀粉体-键合化合物。光学单元可以被配置用于区别以下各项中的多于一项的存在或者数量中的至少一项：淀粉体-键合化合物；键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物；以及淀粉样蛋白。淀粉样蛋白可以包括聚集体或者预淀粉样蛋白聚集体。例如淀粉样蛋白可以包括β-淀粉体。淀粉样紊乱可以包括阿尔茨海默疾病。
在进一步有关实施例中，光学单元可以被配置用于仅基于探测到的荧光来区别至少淀粉样蛋白的存在。光学单元可以被配置用于基于探测到的荧光来确定淀粉体-键合化合物向眼睛的递送速率、向眼睛递送的淀粉体-键合化合物的空间分布和/或淀粉体-键合化合物在眼睛的角膜的界面的浓度梯度。光学单元可以被配置用于基于探测到的荧光来确定眼睛的水状体中的淀粉体-键合化合物的空间分布和淀粉体-键合化合物的时间分布中的至少一个。光学单元可以被配置用于基于由于从眼睛的组织发射的自然荧光所致的荧光信号增加来确定眼睛的眼睛界面、比如晶状体囊的位置。光学单元可以被配置用于基于(i)远离眼睛的具体解剖结构、比如晶状体囊的界面或者角膜界面的距离或者(ii)探测到强度测量的改变(斜率)来确定眼睛的核上的位置。光学单元可以被配置用于基于眼睛的解剖结构或者子结构的至少部分的自然荧光激发来确定解剖结构或者子结构的至少一个尺度，其中确定至少一个尺度可以包括以下各项中的至少一项：确定结构或者子结构的厚度；确定结构或者子结构的形状；以及确定在眼睛的一个或者多个结构或者子结构之间的距离。
在进一步有关实施例中，光学单元可以被配置用于在眼睛内扫描以确定激发的自然荧光并且由此确定眼睛中的至少一个感兴趣的区域；并且使用光源的照射来采样眼睛中的至少一个感兴趣的区域，该采样包括执行以下各项中的至少一项：测量至少一个区域的至少一个全部区域；或者使用光源的照射来采样至少一个区域内的不同位置，采样不同位置包括照射至少一个区域内的点、平面或者体积中的至少一项；其中采样用于至少针对在至少一个采样的区域内的、键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光强度和荧光时间衰减速率。例如光学单元可以被配置用于确定深入眼睛中的轴向扫描(z-扫描)的每个点的、激发的自然荧光并且由此确定眼睛中的至少一个感兴趣的位置；并且在与z-扫描的方向垂直的接连平面中使用光源至少针对在眼睛的每个平面扫描(xy-扫描)集合中的每个点的、键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光强度和荧光时间衰减速率。该设备可以被配置用于实现在眼睛内实时搜寻指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白。
在进一步有关实施例中，光源可以被配置用于针对眼睛中的键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域发射适当波长的光，并且光学单元可以被配置用于针对眼睛中的键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测适当波长的光。淀粉体-键合化合物可以是化合物#11。激发光谱可以具有约470nm的峰值，光源被配置用于发射在激发光光谱的峰值加上或者减去约20nm内的光，并且发射光谱可以具有约580nm的峰值，光学单元被配置用于探测在发射光谱的峰值加上或者减去约20nm内的光。淀粉样蛋白可以指示淀粉样紊乱。
在根据本发明的另一实施例中，提供一种诊断哺乳动物、例如灵长类(比如人类)、犬科、猫科、绵羊科、牛科等中的淀粉样紊乱或者其倾向的方法。该方法包括：用光源照射哺乳动物的眼睛，光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白时至少在淀粉体-键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白；接收包括作为照射眼睛的结果而产生的荧光的光；并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。淀粉体-键合化合物到眼睛中的淀粉样蛋白的键合与正常键合控制水平比较的增加指示哺乳动物中的淀粉样紊乱或者发展淀粉样紊乱的风险的诊断。淀粉样紊乱可能是阿尔茨海默疾病。
在根据本发明的另一实施例中，提供一种用于标识哺乳动物的眼睛的解剖结构的方法。该方法包括：用光源照射眼睛，光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在眼睛的解剖结构中产生自然荧光；并且确定在眼睛内用光源的照射产生的自然荧光的最大强度改变位置，该确定允许基于自然荧光的最大强度改变位置来标识解剖结构。在一个具体实施例中，在这样的方法中使用根据本发明的一个实施例的这里描述的设备。
在进一步有关实施例中，解剖结构可以包括眼睛的前段的解剖结构。标识解剖结构可以包括确定解剖界面的位置、比如基于确定自然荧光的最大强度增加的位置来确定眼睛的晶状体囊的界面的位置。标识解剖结构可以包括基于光源在眼睛中产生的自然荧光来确定角膜厚度、角膜形状、水状体深度、晶状体形状、晶状体厚度中的至少一项以及眼睛的晶状体的子结构(例如晶状体囊、皮层、核上、核)的厚度和/或形状；并且可以包括确定在眼睛的至少两个解剖结构之间的眼内距离。该方法还可以包括：使用光源以在哺乳动物的眼睛中探测指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白。该方法可以包括：用光源照射哺乳动物的眼睛，光源还包括波长性质、极化性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白时至少在淀粉体-键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白；接收包括作为照射眼睛的结果而产生的荧光的光；并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的存在可以包括区别键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光和其它非具体粒子的自身荧光以及未键合淀粉体-键合化合物。该方法可以实现在眼睛内实时搜寻指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白。该方法可以包括：针对用于键合到眼睛中的淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域用适当波长的光照射眼睛；并且针对用于键合到眼睛中的淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测从眼睛接收的适当波长的光。淀粉体-键合化合物可以是化合物#11。激发光谱可以具有约470nm的峰值，照射眼睛的波长是在激发光光谱的峰值加上或者减去约20nm内，并且发射光谱可以具有约580nm的峰值，探测从眼睛接收的光的波长是在发射光谱的峰值加上或者减去约20nm内。
在进一步有关实施例中，一种方法可以允许至少基于时间衰减速率来在眼睛中的具有相似荧光光谱的至少两个不同荧光团之间区别，相似荧光光谱包括在发射光谱和激发光谱中的显著重叠中的至少一项。一种方法还可以包括：在两个维度中表示至少一个荧光团的荧光强度和寿命衰减中的至少一项的分布。另外，一种方法可以包括：基于至少一个荧光团的荧光强度和寿命衰减中的至少一项来确定眼睛中的键合光子数目和未键合光子数目。一种方法可以包括：在两个维度中表示键合到蛋白的淀粉体-键合化合物和未键合到蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光强度和寿命衰减的分布。可以将在两个维度中的表示与扫描仪和激光器中的至少一项同步。该方法还可以包括：通过在眼睛的具体区域内平均与具体寿命衰减关联的荧光强度来确定参数。此外，该方法还可以包括：沿着共焦路径将对准光源与眼睛对准以确定眼睛内的参考点。
在根据本发明的又一实施例中，提供一种用于确定眼组织中的蛋白上的键合荧光团的方法。该方法包括：用光源照射眼组织，光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到蛋白时至少在淀粉体-键合化合物中产生荧光，淀粉体-键合化合物已经被引入到眼组织并且具体键合到蛋白；接收包括作为照射眼睛的结果而产生的荧光的光；并且至少针对键合到蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到蛋白的淀粉体-键合化合物的在眼睛组织中的存在。
附图说明
将从对如附图中所示本发明的示例实施例的以下更具体描述中清楚前述内容，在附图中，相似标号贯穿不同视图指代相同部分。附图未必按比例，代之以强调示例说明本发明的实施例。
图1是根据本发明的一个实施例的光学系统的示意图。
图2A是根据本发明的一个实施例的在执行用于在眼睛的z-扫描中探测晶状体界面的算法期间测量的荧光强度比对偏移的图形，并且图2B是图2A的图形的一阶导数的图形。
图3A和3B是图示根据本发明的一个实施例的确定荧光衰减时间的图形。
图4是图示根据本发明的一个实施例的使用时间-相关单光子计数的示意图。
图5示出根据本发明的一个实施例的可以用作荧光淀粉体-键合化合物的化合物#11的结构。
图6是根据本发明的一个实施例的设备获得的荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11的荧光直方图。
图7是根据本发明的一个实施例获得的化合物#11的荧光寿命图像及其对应强度图像的图。
图8A是示出根据本发明的一个实施例的淀粉体-键合化合物和键合到聚集体肽的淀粉体-键合化合物的荧光寿命图像。
图8B是示出根据本发明的一个实施例的图8A的荧光寿命图像的用于淀粉体-键合化合物和键合到聚集体肽的淀粉体-键合化合物的对应荧光寿命直方图的图。
图9A是根据本发明的一个实施例的与活体研究中在兔子中测量的荧光淀粉体-键合化合物#11有关的具体衰减速率的光子频率的绘图。
图9B是根据本发明的一个实施例的与图9A的研究对应的荧光直方图。
图10A和10B是示出在根据本发明的一个实施例的实验中在兔子的研究期间在服药之后的一天的用于基线的早上和在这一天的结束时测量的与荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11有关的具体衰减速率的光子频率的绘图。
图11A和11B是在根据本发明的一个实施例的实验中在动物研究的基线和在第四天的结束之后取得的两幅荧光寿命图像。
图12是根据本发明的一个实施例的荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11在470nm被激发时的发射光谱。
具体实施方式
对本发明的示例实施例的描述如下。
根据本发明的实施例，提供一种用于非入侵、及早和可靠探测可能形成或者已经形成为聚集体的淀粉样蛋白的系统和方法。在一些实施例中，对淀粉样蛋白和/或聚集体的探测指示淀粉样紊乱。淀粉样紊乱包括AD、家族性AD、散发性AD、克雅氏病、变体克雅氏病、海绵状脑病、朊蛋白病(包括羊痒病、疯牛病和其它兽医疾病)、帕金森疾病、亨廷顿疾病(和三核苷酸重复性疾病)、肌萎缩侧索硬化症、唐氏综合征(21三体综合症)、皮克病(额颞痴呆)、路易体疾病、具有脑铁积聚的神经退化(苍白球黑质红核变性病)、共核蛋白病(包括帕金森疾病、多系统萎缩症、具有路易体的痴呆和其它疾病)、神经元核内包涵体病、Tau病(包括进行性核上性麻痹、皮克病、皮质基底节变性、遗传额颞痴呆(有或者无帕金森病)、病前神经退行性状态和关岛型肌萎缩侧索硬化/帕金森病痴呆综合症)。这些紊乱可以独自或者在各种组合中出现。淀粉样蛋白分析也对探测有用传染性海绵状脑病(TSE)，这些TSE是以脑部的致命海绵状神经退化为特征的朊病毒介导的疾病并且与严重和致命神经体征和症状关联。TSE朊病毒疾病包括克雅氏病(CJD)；新变体克雅疾病(nv-CJD)；
Gertsmann-Straussler-Scheinker综合症；致命家族失眠症；库鲁病；阿尔珀斯综合症；牛脑海绵状病(BSE)；羊痒病；以及慢性消耗性疾病(CWD)。
可以针对哺乳动物、例如灵长类(比如人类)、犬科、猫科、绵羊类、牛类等的眼组织执行诊断方法。待测个体(例如人类对象)包括疑似遭受这样的紊乱(患者)或者处于发展这样的紊乱的风险的人士。例如使用这里描述的技术来测试具有AD家族史或者其它风险因素、比如高龄的个体。也可以测试未知遭受这样的紊乱或者处于发展这样的紊乱的风险的个人。
通过使哺乳动物(例如人类对象)的眼组织接触键合到淀粉样蛋白、例如β-淀粉体(Aβ)的荧光团化合物来执行诊断方法。“淀粉样蛋白”意味着无论淀粉样蛋白是否被聚集(完全或者部分)，与AD神经炎老年斑关联的蛋白或者肽。优选地，淀粉样蛋白是淀粉样前体蛋白(APP)或者(自然出现的)的APP蛋白水解分裂产物、比如Aβ。APP分裂产物包括Aβ1-40、Aβ2-40、Aβ1-42以及氧化或者交联的Aβ。荧光团化合物也可以键合到自然出现的APP和Aβ变体，这些变体包括单核苷酸多态(SNP)变体。荧光团化合物可以、但是无需必然地键合到β-淀粉体聚集体。可以在通过引用将全部公开内容结合于此的、Goldstein等人的“Cytosolic β-amyloid depositionand supranuclear cataracts in lenses from people with Alzheimer’sdisease，”Lancet 2003；361：1258-65中发现对键合到β-淀粉体聚集体的荧光团的讨论。
已经发现包含Aβ(在AD中积累的致病蛋白)的聚集体在阿尔茨海默疾病患者的晶状体内以及脑部中形成核上/深皮层白内障。Aβ沉积物在晶状体皮层纤维细胞的胞液内聚集为细胞内聚集体。已经表明晶状体Aβ在与正常成人脑部中的水平可比较的水平在成年人类晶状体内作为可溶表观单体和二聚种属而存在。大比例的晶状体Aβ键合到包括充分晶状体结构蛋白αB-结晶体的其它晶状体蛋白。Aβ和αB-结晶体表现体外纳摩尔分子间的键合亲合性并且从甲酸处理的人类晶状体匀浆共免疫沉淀从而指示强蛋白-蛋白缔合。人类Aβ1-42促进晶状体蛋白聚集而β-片含量增加。金属螯合或者反应氧种属清除剂阻碍Aβ-增效晶状体蛋白聚集、因此证实在这一晶状体蛋白聚集过程中和在AD中的核上白内障形成中涉及到金属蛋白氧化还原反应。
数据指示在Aβ与晶状体蛋白之间的病理互作用出现。另外，晶状体中的这些Aβ中介反应指示淀粉样Aβ种属、特别地为在AD病理生理学中显著地涉及到的人类Aβ1-42种属是培育晶状体蛋白聚集和核上/皮层白内障形成的有效促氧化剂肽。可以在通过引用将全部教导结合于此的、Goldstein等人的第7,107,092号美国专利中发现关于蛋白聚集和白内障形成的进一步信息。
根据本发明的一个实施例，荧光团化合物到眼组织、例如晶状体细胞的细胞内隔间的键合与正常键合控制水平比较的增加指示哺乳动物遭受AD或者处于发展AD的风险。如这里所用，“荧光团”或者“荧光团化合物”是在用某个波长和/或偏振性质的光来照射时具有希望的荧光特性的任何物质。优选地，在这里讨论的技术中，荧光团是“淀粉体-键合化合物”，这如这里所用意味着键合到淀粉样蛋白的化合物，其中“淀粉样蛋白”定义如上。这样的荧光团可以是在暴露于某一波长和/或偏振性质的光时自然地发荧光的淀粉体-键合化合物。备选地或者附加地，荧光团可以是包括与淀粉体-键合化合物部分组合的荧光标记部分的化合物，其中淀粉体-键合化合物部分组合将一般在缺乏荧光标记时未表现希望的荧光特性。在一个实施例中，荧光团具有以下性质：在其中使用荧光团的任何介质中表现良好可溶性；穿透眼睛的角膜；并且键合到淀粉样蛋白。荧光团可以在键合到淀粉体时和在未键合时具有不同荧光特性。例如荧光团的荧光光谱强度和时间衰减速率可以在荧光团键合到淀粉体时与它未键合时比较有所改变。(下文结合图5进一步讨论的)化合物#11是这样的荧光团，其中时间衰减速率在化合物键合到淀粉体时与它未键合时比较有所改变。可以在通过引用将全部公开内容结合于此的、J.Sutharsan等人的“Rational Design of Amyloid Binding AgentsBased on the Molecular Rotor Motif，”ChemMedChem 2010，5，56-60中发现对荧光团、特别是化合物#11的这样性质的进一步讨论。优选地，荧光团化合物键合到Aβ1-42或者淀粉样前体蛋白(APP)的另一片段。荧光团化合物与其它包含β-折叠片的蛋白比较可以优选地键合到淀粉样蛋白。如上文所言，荧光团化合物可以包含荧光探针或者可以充当未添加荧光探针的荧光团。例如荧光探针或者荧光团可以是柯胺或者柯胺衍生物化合物、比如{(反式，反式)，-1-溴-2，5-双-(3-羟基羰基-4-羟基)苯乙烯基苯(BSB)}。在一个具体实施例中，荧光团可以是(下文结合图5进一步讨论的)化合物#11，该化合物是根据分子转子基序的荧光化合物。根据本发明的一个实施例，淀粉体-键合化合物可以是分子转子、柯胺和/或柯胺衍生物。示例荧光团在(通过完全引用而结合于此的)第6,849,249号美国专利中有讨论并且包括柯胺或者柯胺衍生物化合物、比如{(反式，反式)，-1-溴-2，5-双-(3-羟基羰基-4-羟基)苯乙烯基苯(BSB)}。柯胺G及其衍生物在本领域中已知(例如第6,133,259；6,168,776；6,114,175号美国专利)。这些化合物键合到Aβ肽、但是无荧光性。诊断方法可以利用荧光淀粉体-键合柯胺G衍生物以探测眼睛中的Aβ肽。也可以使用生物可用的荧光探针。这样的荧光团和探针例如可从Molecular Probes，Inc.，Eugene，OR，U.S.A在商业上获得。一些染料、例如X-34或者{(反式，反式)，-1-溴-2，5-双-(3-羟基羰基-4-羟基)苯乙烯基苯(BSB)}(Styren等人的2000，J.Histochem.48：1223-1232；Link等人的2001，Neurobiol.Aging 22：217-226；以及Skrovonsksy等人的2000，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.97：7609-7614)已经用来分析脑组织(但是并非眼组织)。这些探针在蓝-绿色范围中发光，因此在诊断上相关的荧光水平超过人类晶状体自身荧光在蓝-绿色范围中的数量。其它可用化合物包括可探测含甲氧基剂、比如Me-X04(1，4-双(4’-羟基苯乙烯基)-2-甲氧基苯)。其它含甲氧基剂例如包括柯胺或者柯胺衍生物化合物、比如{(反式，反式)，-1-溴-2，5-双-(3-羟基羰基-4-羟基)苯乙烯基苯(BSB)}。在各自通过完全引用而结合于此的、Mathis等人的Curr.Pharm.Des.，vol.10(13)：1469-93(2004)；第6,417,178；6,168,776；6,133,259；以及6,114,175号美国专利中描述这样的化合物。也可以使用其它淀粉体-键合探针、比如硫磺素T、硫磺素S、刚果红染料、前述示例的衍生物或者其它衍生物。可以在通过引用将全部教导结合于此的、Goldstein等人的第7,297,326号美国专利中发现关于可探测标记化合物的进一步信息。此外，可以在公开号为2008/0088795的美国专利申请、公开号为2009/0041666的美国专利申请和第7,107,092号美国专利中发现关于前文的进一步信息，通过引用将这些申请和专利的全部教导结合于此。在一个具体实施例中，荧光团可以是(下文结合图5进一步讨论的)化合物#11。
可以在Goldstein等人的第7,297,326号美国专利、Goldstein等人的第7,107,092号美国专利和Goldstein等人的第6,849,249号美国专利中发现关于有关方法、淀粉样紊乱、淀粉样蛋白和荧光团化合物的进一步信息，通过引用将所有这些专利的全部教导结合于此。此外，可以在公开号为2008/0088795的美国专利申请、公开号为2009/0041666的美国专利申请中发现关于前文的进一步信息，通过引用将这些申请的全部教导结合于此。
这里提供的方法还可以包括将在荧光团送服之后的测试患者晶状体荧光与适当控制相比较。适当控制的示例包括非AD对象(或者个体群体)的内生自身荧光或者非AD对象(或者非AD对象群体)在荧光团送服之后的荧光水平。
根据本发明的一个实施例，可以将基于这里公开的技术发现存在于眼睛中的淀粉样蛋白量与指示象征疾病状况或者发展疾病状况的风险的淀粉样蛋白数量的统计分析相比较。不希望限于理论，认为健康成人通常在眼睛的晶状体的核上区域中具有至少某一最小淀粉样蛋白水平。这里公开的技术因此可以用来确定个体在眼睛中是否具有在眼睛中的淀粉样蛋白的正常控制水平以上的统计显著水平的眼睛中的淀粉样蛋白量。可以在通过引用将全部公开内容结合于此的、Goldstein等人的“Cytosolic β-amyloid deposition andsupranuclear cataracts in lenses from people with Alzheimer’s disease，”Lancet 2003；361：1258-65中发现对患有阿尔茨海默疾病的个人的眼睛中的淀粉样蛋白沉积的研究。
如下文结合实验#1进一步讨论的那样，已经表明根据本发明的一个实施例能够在键合到淀粉样蛋白时的淀粉体-键合化合物与未键合淀粉体-键合化合物之间区别。具体而言，在实验#1中的结果已经发现未键合荧光淀粉体-键合化合物——这里为化合物#11——的例如1.4纳秒的时间衰减速率；以及在键合到淀粉样蛋白——这里为聚集β-淀粉样(Aβ)肽——时的淀粉体-键合化合物的例如2.25纳秒的时间衰减速率。根据本发明的一个实施例，对未键合淀粉体-键合化合物、即化合物11的探测可以由1.4纳秒加上或者减去0.3纳秒的时间衰减速率指示，而对键合到淀粉样蛋白的键合淀粉体-键合化合物、即化合物11的探测可以由2.25纳秒加上或者减去0.3纳秒的时间衰减速率指示。可以使用其它用于区别淀粉体-键合化合物与淀粉样蛋白的衰减速率和置信水平。
根据本发明的一个实施例，提供给一种用于探测眼睛的晶状体中的淀粉体-键合化合物标记的β-淀粉样(Aβ)蛋白的荧光成像方法和设备及其使用。在一个方面中，这里提供的一种设备是一种运用与寿命光谱学组合的荧光扫描机制以实现荧光分子探测并且提供关于它们的空间分布以及关于它们的周围环境的性质的信息的光学成像设备。
根据本发明的一个实施例，该设备、例如多功能光学扫描荧光系统实现基于眼睛的前段的解剖结构的自然荧光激发来标识它们；并且可以提供关于眼睛的前段的空间信息、比如角膜厚度和晶状体形状并且可以提供眼内距离。
此外，根据本发明的一个实施例的一种多功能光学扫描系统提供用于眼睛中的外生荧光淀粉体-键合化合物的活体眼的药物动力学考察工具而不限于淀粉样蛋白。例如该系统可以确定淀粉体-键合化合物在角膜界面、比如泪膜/角膜上皮界面的梯度浓度。另外，该系统可以确定关于水状体中的淀粉体-键合化合物的生物可用性的空间和时间信息。
另外，根据本发明的一个实施例的一种多功能光学扫描系统允许探测探测荧光分子并且基于它们的光学特征、比如荧光衰减时间(τ)在它们之间区分。该系统允许探测键合到眼睛的晶状体中的Aβ的标记荧光淀粉体-键合化合物；探测眼睛中的自然荧光；以及在(i)键合到眼睛的晶状体中的Aβ的标记荧光淀粉体-键合化合物与(ii)眼睛中的自然荧光之间鉴别。如这里所用，“自然荧光”表示眼睛中的可以独立于引入的成像剂而出现的自然荧光。
图1是根据本发明的一个实施例的光学设备的示意图。荧光激发由高数值孔径物镜101向眼睛中聚焦的脉冲式激光束实现。利用快速雪崩光电二极管探测器(APD)102通过共焦配置通过使用时间相关单光子计数(TCSPC)技术来探测荧光。通过使用短光脉冲以反复地激发样本(眼睛)103并且记录作为时间的函数的后续荧光发射来执行TCSPC。这通常在纳秒时标上出现。
在图1的实施例中，通过使用平移台104在轴上扫描物镜101来执行对晶状体的解剖结构的标识。在沿着扫描的每个点测量信号以便揭示前段、比如角膜、晶状体囊和晶状体的核上区域的解剖结构。此外，该扫描提供关于向核上涂抹的外生淀粉体-键合化合物的药物动力学的信息。这样的信息不仅提供淀粉体-键合化合物的空间和时间信息而且提供穿透经过角膜并且进入水状体中的淀粉体-键合化合物的浓度。
在图1的实施例中，一旦根据在沿着轴向扫描的每个点测量的激发的自然荧光已知眼睛中的感兴趣的位置，就使用电流计镜105的集合在与光轴垂直的平面(xy)中执行另一扫描。为了保证向二维扫描的对应部位分配测量的荧光衰减曲线，同步电流计集合扫描与激光脉冲和用于时间相关个别光子计数的光探测。这样的xy-扫描揭示具有对于每个部位(像素)的荧光衰减时间信息的图像。在图1的实施例中，可以使用专用的专门化硬件模块和/或使用特殊编程的用于执行模块功能的通用计算机来实施一个或者多个模块，该模块例如包括帧抓取器模块、TCSPC模块、τ计算模块和扫描器控制模块。通用计算机和/或一个或者多个专门化硬件模块可以经由对于模块功能适合的数据线缆和数据端口从彼此接收数据。
在图1的实施例中，为了时间相关个别光子计数，针对晶状体的每个扫描位置登记自身荧光的衰减曲线，因此可以基于荧光团的荧光衰减时间以及它们的强度来评估和分析它们的分布的二维表示。计算的衰减时间的图像可以由伪色编码并且可以叠加于强度图像上用于更好的临床解释。由于荧光衰减时间是用于每个荧光分子的特性，所以可以确定和分离在采样体积中激发的荧光团(分离淀粉体-键合化合物与晶状体的自然荧光)。通过组合荧光强度和寿命测量，获得额外信息维度以在若干荧光标签之间鉴别。
如这里讨论的那样，根据本发明的一个实施例的一种设备可以包括光源。如这里所用，“光源”可以是可以被配置用于以如下方式发射用于照射眼睛的如下光的任何光源，该光具有适合于在至少淀粉体-键合化合物键合到淀粉样蛋白时在淀粉体-键合化合物中产生荧光的光波长和偏振中的至少一项，该方式使得可以随后基于作为照射的结果而接收的荧光来确定荧光时间衰减速率。
在根据本发明的一个实施例中，光源可以被配置用于针对用于键合到眼睛中的淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域发射适当波长的光，并且光学单元可以被配置用于针对用于键合到眼睛中的淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测适当波长的光。例如当淀粉体-键合化合物是化合物#11时，激发光谱具有约470nm的峰值，并且光源可以被配置用于在约470nm的峰值加上或者减去20nm内、比如在470nm加上或者减去5nm、加上或者减去10nm、加上或者减去15nm或者加上或者减去20nm内发射光。另外，用于化合物#11的发射光谱具有约580nm的峰值，并且光学单元可以被配置用于在约580nm的峰值加上或者减去20nm内、比如在580nm加上或者减去5nm、加上或者减去10nm、加上或者减去15nm或者加上或者减去20nm内探测光。一般而言，通常存在在荧光化合物的激发光谱的峰值与发射光谱的峰值之间的偏移。根据本发明的一个实施例，使用其中发射光谱的峰值相对于激发光谱显著地偏移的化合物以便实现区别来自键合荧光团的荧光与眼睛的自然自身荧光是有用的。例如具有大于约500nm的峰值的发射光谱有利于区别于眼睛的自然自身荧光。化合物#11证明对于这样的目的有用，该化合物具有从具有约470nm的峰值的激发光谱显著地偏移的、具有约580nm的峰值的发射光谱。图12是根据本发明的一个实施例的荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11在470nm被激发时的发射光谱。基于前文本领域技术人员将清楚可以使用其它的激发和发射光谱。
根据本发明的一个实施例，该设备可以使用“光学单元”，该光学单元如这里所用意味着可以如下单元，该单元可以被配置用于接收包括作为照射眼睛的结果而产生的荧光的光并且至少针对键合到淀粉样蛋白的淀粉体-键合化合物产生的荧光来确定荧光时间衰减速率，该确定允许至少基于时间衰减速率来区别键合到眼睛中的淀粉体蛋白的淀粉体-键合化合物的存在。例如参照图1，光学单元可以包括物镜101、平移台104、扫描器105、光探测器102、相机、LED、各种透镜、光阑、分束器、二色滤光器、时间衰减计算模块、帧抓取器模块、TCSPC模块和扫描器控制模块中的一项或者多项。光学单元的功能的部分可以由特殊编程的通用计算机或者由例如用于执行时间衰减计算的专用硬件实施。
根据本发明的一个实施例，可以替代物镜101、平移台104和具有电流计镜105的扫描器，或者除那些器件之外而使用多种不同的可能器件来执行那些器件的功能。平移台、物镜和具有电流计镜的扫描器的功能这里通称为由“光学扫描单元”实施，该光学扫描单元可以指代包括出于确定眼睛内的参考点这样的目的和出于分析眼睛内的荧光团这样的目的而在眼睛中的感兴趣的希望区域之上执行扫描光束等效功能的任何器件或者器件集合。这样的光学扫描单元可以执行包括透镜的平移运动或者透镜沿着多维运动路径的运动的功能；并且可以例如通过引起镜或者其它光学器件在光束的光路中的运动来执行在感兴趣的区域之上扫描光、例如执行光束在感兴趣的区域之上的点、平面、体积或者其它类型的扫描的功能。
在图1的实施例中，使用共焦布置意味着无需使用如可能在如下系统中需要的扩张剂，在这些系统中，光需要轴外、例如以45度角进入眼睛。这对于患者是方便的。
图2A是在执行用于在沿着眼睛的照射路径(z-扫描)中探测晶状体界面的算法期间测量的自然荧光强度比对移位的图形，并且图2B是根据本发明的一个实施例的、图2A的图形的一阶导数的图形。用于该算法的基本原理是如下假设：自然荧光强度值在每单位扫描距离的增加为最大时的位置是晶状体边界开始时的位置的合理指标。具体而言，该算法确定从与荧光强度的最大拐点对应的z-扫描开始点的距离。在一个实施例中，该算法如下进行并且可以实时运行：
1)收集二维数组中的数据，其中第一(独立变量)维度是如经由旋转编码器测量的从开始点的距离、即扫描距离，并且第二维度(依赖变量)是如经由光子探测器(APD)测量的荧光强度。
2)卷积数据数组与五点移动平均轮廓以平滑强度值、即去除干扰区分的高频噪声。
3)卷积平滑的数据数组与微分轮廓以获得强度数组的一阶导数。
4)在强度一阶导数数组中搜寻最大微分强度值。这是最大拐点。确定对应扫描距离。
如图2A和2B中所示，可以使用上述技术来确定晶状体囊的位置。另外也可以确定解剖结构、比如角膜、水状体和晶状体的位置以及在这些解剖结构之间的距离。也可以应用偏移以指定从沿着任何轴的具体数据的测量距离。
图3A和3B是图示根据本发明的一个实施例的确定荧光衰减时间的图形。可以通过用于强度(这里以光子/秒为单位)比对时间(这里以纳秒为单位)曲线的单或者双拟合指数(图3A)计算荧光衰减时间。也可以通过用于斜率(图3B)的线性拟合来获得它。如这里所用，“荧光时间衰减速率”表示荧光强度衰减曲线的特征时间常数；例如拟合为荧光衰减曲线的指数时间常数或者斜率。
可以例如使用专用的专门化硬件模块和/或使用被特殊编程用于执行图2A、2B和3A、3B的上述算法的通用计算机来实施上述算法。这样的模块可以例如使用或者接收来自图1的实施例的TCSPC模块、帧抓取器模块、τ-计算模块的数据。
图4是图示根据本发明的一个实施例的使用时间-相关单光子计数的示意图。脉冲式光源405反复地激发样本403。探测器单元雪崩光电二极管(APD)402观测样本发射，而同步模块(SYNC)407探测激发闪光。恒定系数鉴别器(CFD)408仅对从探测器402探测到的第一光子——独立于它的幅度——做出响应。来自样本发射的这一第一光子是用于时间到幅度转换器(TAC)409的停止信号。激发脉冲触发开始信号。多通道分析器(MCA)410记录来自TAC 409的单光子事件的反复开始-停止信号以生成作为时间通道单位的函数的光子计数的直方图。根据这一直方图计算寿命。可以使用专用的专门化硬件模块和/或使用被特殊编程用于执行这样的任务的通用计算机来实施MAC；并且MCA可以与特殊编程的通用计算机进行数据通信。
在根据本发明的一个实施例中，一种包括荧光淀粉体-键合化合物和设备的系统旨在于在充分临床检查之后辅助诊断具有与阿尔茨海默型痴呆一致的症状和迹象的患者中的可能阿尔茨海默型疾病。该设备运用与荧光寿命光谱学技术结合的共焦扫描机制。该设备实现标识眼睛的前段的解剖结果并且基于荧光性荧光团的光学特征来鉴别它们。
图5示出根据本发明的一个实施例的可以用作荧光淀粉体-键合化合物的化合物#11的结构。化合物#11是根据分子转子基序设计的荧光化合物并且已经表明键合到聚集的β-淀粉样(Aβ)肽。这与原生荧光组合提示化合物#11是用于已经在阿尔茨海默病患者的晶状体组织中发现的Aβ聚集体的体内标记物的良好候选。用于化合物#11的化学名称是[(E)-2-(2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)乙基-2-氰基-3-(6-(哌啶-1-基)萘-2-基)丙烯酯]。可以在通过引用将全部公开内容结合于此的、J.Sutharsan等人的“Rational Design of Amyloid BindingAgents Based on the Molecular Rotor Motif，”ChemMedChem 2010，5，56-60中发现关于化合物#11的进一步信息。已经将化合物#11调配成包含近似5mg/g的化合物#11、80％矿脂和20％矿物油的眼药膏(化合物#11眼药膏)。
根据本发明的一个实施例，可以用多种不同可能形式中的任何形式向待测试个体的眼睛涂抹荧光淀粉体-键合化合物。例如可以作为药膏、溶液、使用隐形透镜、通过注射、以液体形式、以固体形式、通过离子电渗疗法或者通过其它技术来涂抹荧光淀粉体-键合化合物。
根据本发明的一个实施例，一种设备被设计用于在共焦探测方案中用高灵敏度和速度在时域中探测荧光。该设备具有两个主要功能：1)使用平移台和电流计扫描器向眼睛的前段、比如晶状体的核上中的位置递送和扫描光束；以及2)基于荧光寿命测量来标识和鉴别荧光性荧光团。
根据本发明的一个实施例，一种设备使用沿着眼睛的光轴的以眼组织的自然荧光的激光激发为基础的轴向扫描或者z-扫描以获得关于眼内距离的信息来标识眼睛解剖结构。z-扫描揭示作为深度的函数的自然荧光强度的绘图，该绘图提供关于其中将执行寿命测量的位置的信息。例如，目标位置可以是人眼中的晶状体的核上。可以在用于减少眼睛运动伪影的数秒内、例如在2秒或者更少内、比如在约0.2秒、0.3秒、0.4秒、0.5秒、0.6秒、0.7秒、0.8秒、0.9秒、1.0秒、1.2秒、1.4秒、1.6秒、1.8秒或者2秒或者适于减少眼睛运动伪影的另一时间量内完成扫描。备选地或者附加地，该设备可以与眼睛运动跟踪结合使用来减少运动伪影。压电驱动、线性马达和其它受控运动设备可以用于这样的目的。轴向扫描也可以允许测量淀粉体-键合化合物在眼睛界面、比如泪膜/角膜上皮界面的梯度浓度以及在水状体中的淀粉体-键合化合物生物可用性。
根据本发明的一个实施例，一种设备通过执行其中用电流计驱动的设备光栅扫描样本的xy-扫描来标识荧光分子。针对人类晶状体的每个扫描位置登记荧光寿命，因此可以基于荧光衰减速率以及强度来评估和分析荧光团分布的二维表示。基于衰减寿命的荧光团分布二维表示这里称为“荧光寿命图像”，该二维表示也可以但是无需必然地包括基于荧光强度的二维表示。
根据本发明的一个实施例，荧光寿命测量基于用短激光脉冲反复地激发眼睛并且记录作为时间的函数的后续荧光发射。由于荧光衰减时间是每个荧光分子的特性，所以可以确定和分离淀粉体-键合化合物与在样本体积中激发的晶状体的自然荧光。
具体而言，根据本发明的一个实施例，可以通过时间相关单光子计数技术(TCSPC)获得荧光寿命测量。可以例如在用于减少任何眼睛运动伪影的0.5秒或者适合于减少眼睛运动伪影的另一时间量内同步和执行扫描速度和数据采集。TCSPC原理基于探测脉冲式激光器发射的单光子并且记录到达的个别光子的探测时间。当探测到光子时，测量对应探测器脉冲的时间。针对许多探测到的光子在存储器中收集事件。可以通过根据个别时间测量构造直方图来计算荧光衰减寿命。根据本发明的一个实施例的一种在TCSPC模式中操作的设备可以例如实现每秒约107个光子的计数速率。因此可以在少于1ms内收集104个光子。这样的计数速率在必需高速以采集人眼的晶状体中的快速扫描信息时是重要的。可以使用其它计数速率。
根据本发明的一个实施例的一种设备可以被设计用于从人眼的晶状体中的特定位置获得具体信息。这样的位置的示例包括核上(supranucleus)、晶状体囊、核、角膜和水状体。
这通过精确对准对象、知道眼睛的眼解剖结构并且用高特异性和灵敏度获得晶状体中的扫描区域中的荧光团的信息来实现。在(上文也讨论的)图1中示出根据本发明的一个实施例的光学平台的示意图。荧光激发由高数值孔径物镜101向眼睛103中聚焦的脉冲式激光束实现。激光器可以例如在约40MHz的重复率被脉冲化并且产生约200皮秒宽的脉冲，但是可以使用其它重复率和脉冲宽度。例如可以使用从低达约1MHz上至约240MHz的重复频率，并且可以使用从约40皮秒至约400皮秒的脉冲宽度。光束然后从电流计扫描器对反射并且由在平移台104上装配的高数值物镜101聚焦。通过首先对准对象眼睛与设备并且执行1)用于确定感兴趣的区域(ROI)的位置的z-扫描和2)用于获得在核上内的区域内的具体信息的xy-扫描来获得眼睛的核上中的荧光测量。
根据本发明的一个实施例，对象对准由将物镜的焦平面标识为作为测量的参考开始点构成。也用作注视目标的发光二极管(LED)由物镜101以环的形状聚焦到眼睛103的角膜上。相机用来可视化环从角膜的表面的反射。一旦实现这一点，就可以执行对眼睛的扫描以获得必需信息。
根据本发明的一个实施例，通过使用平移台104沿着光轴(在轴上)扫描物镜101来执行对晶状体的解剖结构的标识。z-扫描涉及到用激光源激发自然荧光并且标识晶状体的前段、比如角膜、晶状体囊和核上区域的解剖结构以及它们的相对距离。此外，该扫描可以提供关于向眼睛涂抹的外生淀粉体-键合化合物的药物动力学的信息。
根据本发明的一个实施例，一旦使用z-扫描测量在眼睛中标识感兴趣的区域，则使用电流计镜来执行在与轴向扫描垂直的平面中的平面扫描(xy-扫描)。为了保证向二维扫描的对应部位分配所测量的荧光衰减曲线，可以同步电流计镜与用于TCSPC测量的数据采集板。xy-扫描可以例如需要在0.5秒内在人眼的核上扫描50×50μm的区域并且提取寿命衰减值。将理解可以使用其它尺寸和位置的区域以及扫描时间。
根据本发明的一个实施例，用快速雪崩光电二极管(APD)102通过共焦配置用TCSPC实现探测。用与激发激光器相同的物镜101收集来自激发的分子的荧光，在二色镜之后用附加带通滤光器过滤荧光以拒绝其余散射激光，并且经过小孔传递荧光以实现共焦探测。利用快速计时选项，APD 102可以例如提供比50皮秒半高全宽更好的计时分辨率而在550nm时49％的光子探测效率，但是可以使用其它计时分辨率和光子探测效率。
根据本发明的一个实施例，在(上文也讨论的)图4中示出在TCSPC后面的数据采集和电子器件的图示。脉冲式光源406在(例如)40MHz重复率反复地激发样本403，而(例如)也在40MHz设置的同步(SYNC)模块407探测激发脉冲。激发脉冲触发开始信号。恒定系数鉴别器(CFD)408仅对从探测器探测的第一光子并独立于它的幅度作出响应。来自样本发射的这一第一光子是用于时间到幅度转换器(TAC)409的停止信号。当APD 402探测到光子时，在PMT的输出产生短脉冲。脉冲由CFD 408“清理”并且作为“停止”脉冲进入TAC 409。一旦已经探测到停止脉冲(即第一个到达的光子)，就停止电压斜坡并且向多通道分析器(MCA)410传输电压值(等效于在开始与停止脉冲之间的时间差)。MCA 410记录来自TAC 409的单光子事件的重复开始-停止信号并且与探测到的电压(时间)一致地递增通道中的计数。随着每个脉冲重复这一过程，并且最终在许多周期之后生成作为时间通道单位的函数的光子计数的直方图。直方图代表作为时间的函数的荧光强度，根据该荧光强度获得荧光衰减寿命。
根据本发明的一个实施例，可以使用在特殊时间标记时间分辨模式中工作的PicoHarp 300TCSPC(PicoQuant，GmbH，Berlin，Germany)PC板来执行数据采集，该PC板存储用于每个探测到的光子的所有相关信息以便进一步数据分析。具体而言，与激光激发脉冲和样本的位置以及探测通道的编号同步在探测器记录每个光子到达时间。可以例如在40MHz设置采集板的同步速率而时间分辨率为4皮秒并且通道计数深度为16位(可以使用其它同步速率、时间分辨率和通道计数深度)。
根据本发明的一个实施例，可以经由TCP/IP网络控制可以使用SymPho Time(PicoQuant，GmbH，Berlin，Germany)执行的软件采集并且通过用于定义图像的行和帧的TTL信号同步软件采集与电流计扫描器和采集板。SymPhoTime在LSM命令模式中可以例如记录和显示荧光寿命和强度图像。
根据本发明的一个实施例，可以针对人类晶状体内扫描的每个位置登记荧光寿命，因此可以基于荧光衰减速率和强度评估和分析荧光分布的二维表示。可以在强度图像上叠加基于荧光寿命衰减的构造的色编码图像以有助于临床解释。可以通过将与一个轴对应的所有光子排序成直方图、然后拟合成指数衰减函数以提取寿命信息来完成对荧光寿命图像的计算。然后针对图像中的每个像素反复这一过程。软件算法可以使用尾部拟合以及数值重卷积将数据拟合到多指数衰减函数。由于拟合过程依赖于用于拟合的开始参数的质量，所以可以从图像直接提取具体衰减速率的光子的频率计数，该频率计数指示在区域扫描内的具体荧光团。前述算法可以由计算机实施并且可以涉及到在二维显示器、比如计算机监视器上显示数据。
在根据本发明的一个实施例中，与具体寿命衰减关联的平均强度可以用作淀粉样蛋白的聚集测量。也就是说，可以通过在具体区域内平均与具体寿命衰减关联的荧光强度来产生参数。这一参数可以用作聚集测量以例如基于参数的改变来监视个体中的疾病进展。这样的参数可以由计算机或者其它专门化硬件确定。
在图6中示出根据本发明的一个实施例的设备获得的荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11的荧光直方图。单指数拟合产生2纳秒的寿命衰减速率。
图7示出根据本发明的一个实施例获得的化合物#11的荧光寿命图像及其对应强度图像。图像是在0.5秒内获得的100X100个像素并且代表50X50微米的扫描区域。
根据本发明的一个实施例使用荧光时域技术以基于它们的寿命特征来探测和分辨荧光团。通过组合荧光强度和寿命测量来获得额外信息维度以鉴别荧光标签。在实验#1中讨论的体内研究证实根据本发明的一个实施例在基于荧光性荧光团的寿命衰减特征区分它们时的能力。另外，在实验#2中讨论的关于兔眼的药物动力学研究示出晶状体的核上中的荧光淀粉体-键合化合物、即化合物#11的可探测荧光信号。更重要的是，容易标识并且向淀粉体-键合化合物本身分配在兔眼的晶状体中探测到的信号。
本领域技术人员将理解，可以在后续单独诊断步骤之前、独立于该诊断步骤和在准备该诊断步骤时、即在将在获得的值与正常控制值之间的潜在偏差归结于特定的淀粉样紊乱、比如阿尔茨海默疾病(实际诊断)之前执行这里呈现的任何方法(以及其个别步骤或者这些方法的若干后续步骤的组合)、具体为涉及到收集和可选地处理相关数据、比较因此获得的数据与正常控制值和/或在该比较期间发现任何显著偏差的技术步骤。在后续单独诊断之前、独立于该诊断和在准备该诊断时执行的这些方法(包括个别步骤以及这些方法的若干后续步骤的组合)被具体构思为本发明的个别实施例。
根据本发明的一个实施例，该系统的各种子部件可以由现有供应商供应。例如激发源可以是PicoQuant of Berlin，Germany出售的皮秒脉冲式激光器LDH系列；Becker&Hickl of Berlin，Germany出售的皮秒二极管激光器BDL系列；或者Hamamatsu Photonics ofHamamatsu，Japan出售的皮秒光脉冲器PLP系列。可以使用PicoQuant，Berlin，Germany出售的TCSPC模块PicoHarp 300；Becker&Hickl，Berlin，Germany出售的TCSPC模块SPC系列；或者Hamamatsu Photonics，Hamamatsu，Japan出售的同步延迟生成器C10647来执行数据采集。光子计数探测器可以是PicoQuant，Berlin，Germany公司出售的探测器单元PMA系列；Becker&Hickl，Berlin，Germany出售的探测器单元ID-100系列；或者Streakscope(Hamamatsu Photonics，Hamamatsu，Japan出售的C10627 series)。将理解可以使用其它激发源、数据采集模块和光子计数探测器。
可以使用一个或者多个计算机系统来实施本发明的上文描述的实施例的部分。例如可以使用硬件、软件或者其组合来实施这些实施例。当用软件实施时，可以在任何适当处理器或者无论是在单个计算机中提供还是在多个计算机之中分布的处理器的汇集上执行软件代码。
另外应当理解，可以用多个形式、比如机架式计算机、桌面计算机、膝上计算机、平板计算机、单个电路板计算机或者片上系统的任何形式实现计算机。此外，可以在一般未视为计算机、但是具有合适的处理能力的设备中嵌入计算机，该设备包括个人数字助理(PDA)、智能手机或者任何其它适当便携或者固定电子设备。
计算机也可以具有一个或者多个输入和输出设备。这些设备可以用来呈现用户接口以及用于其它功能。可以用来提供用户接口的输出设备的示例包括用于可视呈现输出的打印机或者显示屏或者用于可听呈现输出的扬声器或其它声音生成设备。可以用于用户接口的输入设备的示例包括键盘以及指示设备、比如鼠标、触版、触屏和数字化平板。作为另一示例，计算机可以通过语音识别或者以其它可听格式接收输入信息。
这样的计算机可以由任何适当形式的一个或多个网络互连，该网络包括局域网或者广域网、比如企业网或者因特网。这样的网络可以基于任何适当技术并且可以根据任何适当协议操作并且可以包括无线网络、有线网络或者光纤网络。
也可以编码这里概括的各种方法或者过程为在运用多种操作系统或者平台中的任何操作系统或者平台的一个或者多个处理器上可执行的软件。此外，可以使用多个适当编程语言和/或编程或脚本工具中的任何语言和/或编程或脚本工具来编写这样的软件，并且也可以编译这样的软件为在框架或者虚拟机上执行的可执行机器语言代码或者中间代码。
就这一点而言，可以实现本发明的至少一部分为用一个或者多个程序编码的一个计算机可读介质(或者多个计算机可读介质)(例如计算机存储器、一个或者多个软盘、紧致盘、光盘、磁带、闪存、在现场可编程门阵列或者其它半导体器件中的电路配置或者其它有形计算机存储介质)，该程序在一个或者多个计算机或者其它处理器上执行时执行至少实施上文讨论的本发明的各种实施例的一部分的方法。该一个或者多个计算机可读介质可以是可移植的，从而可以向一个或者多个不同计算机或者其它处理器上加载在该介质上存储的一个或者多个程序以实施如上文讨论的本发明的各种方面。
就这一点而言，应当理解，上文描述的实施例的至少部分的一个实现方式包括用计算机程序(例如多个指令)编码的至少一个计算机可读介质，该计算机程序在处理器上执行时执行这些实施例的上文讨论的功能中的一些或者所有功能。如这里所用，术语“计算机可读介质”仅涵盖可以视为机器或者制造物(即制造品)的计算机可读介质。计算机可读介质可以例如是可以在其上编码或者存储计算机可读信息的有形介质、可以在其上编码或者存储计算机可读信息的存储介质和/或可以在其上编码或者存储计算机可读信息的非瞬态介质。计算机可读介质的其它非穷举示例包括计算机存储器(例如ROM、RAM、闪存或者其它类型的计算机存储器)、磁盘或者磁带、光盘和/或是可以视为机器或者制造物的其它类型的计算机可读介质。
术语“程序”或者“软件”这里在通用意义上用来指代任何类型的计算机代码或者计算机可执行指令集，该计算机代码或者计算机可执行指令集可以用来对计算机或者其它处理器编程以实施如上文讨论的本发明的各种方面。此外，应当理解，根据本发明的一个方面，在执行时执行本发明的方法的一个或者多个计算机程序无需驻留于单个计算机或者处理器上、但是可以用模块方式分布于多个不同计算机或者处理器之中以实施本发明的各种方面。
计算机可执行指令可以是以一个或者多个计算机或者其它设备执行的许多形式、比如程序模块。一般而言，程序模块包括执行特定任务或者实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。通常可以在各种实施例中如希望的那样组合或者分布程序模块的功能。
实验#1-对带有β-淀粉样肽(1-42)的Neuroptix荧光配体的 体内研究：
根据本发明的一个实施例，执行对键合到化合物#11的聚集Aβ肽的体内研究。使用根据本发明的一个实施例的设备执行具有聚集Aβ肽的化合物#11的荧光寿命测量。图8A是示出根据本发明的一个实施例的化合物#11和键合到聚集Aβ肽的化合物#11的荧光寿命图像而在图8B中示出它们的对应荧光寿命直方图。通过拟合寿命直方图来确定衰减速率。结果证实根据本发明的一个实施例能够用低水平光子探测区分寿命差异如0.85纳秒一样小的荧光团的优异性能。实验描述如下。
这一体内研究的目的是标识化合物#11这一淀粉体-键合化合物的光学特征并且表征它在键合到聚集Aβ肽时的荧光性质。具体而言，该研究的目的是：1)表征化合物#11的寿命衰减速率；以及2)有能力探测和在键合到与未键合到β-淀粉样(Aβ)肽的化合物#11之间区分。
设备：
Neuroptix SAPPHIRE II设备(Neuroptix Corporation，Acton，MA，U.S.A.)是用于人类临床研究的专门构建的设备，该设备被适配用于这一实验的体内测量。它运用与允许区分荧光团的荧光寿命光谱学组合的共焦扫描机制。该设备允许1)向眼睛的前段、比如核上中的具体位置进行光束的扫描以及2)基于荧光团寿命测量来标识荧光性荧光团。
方法-聚集Aβ肽制备：
通过在PBS pH 7.4中将Aβ(1-42)溶解至100μM的最终浓度来制备聚集Aβ肽。在室温在1200rpm机械地搅拌这一溶液持续3天。等分并且在-80℃冷冻PBS中的100μM Aβ(1-42)储备溶液持续上至4周而它的性质无明显改变。向2.85mL的化合物#11添加150μL的预聚集Aβ(1-42)以达到最终浓度为5μM的Aβ(1-42)和4μM的化合物#11。向5mL小瓶转移溶液，并且在25℃执行荧光测量。
实验和结果
在Neuroptix SAPPHIRE II设备前面放置由化合物#11构成的样本。一旦确定样本中的扫描位置，就执行光栅扫描以获得荧光寿命测量。图8A示出在1秒采集时间内获得的具有100μm X 100μm的扫描范围的图像(200X200个像素)。阴影化该图像以代表寿命衰减。组成图像背景的大部分的阴影代表1.4纳秒的寿命衰减，这对应于荧光淀粉体-键合化合物的寿命衰减。在图像中探测的斑是聚集Aβ肽的代表2.25纳秒寿命衰减的斑。图8B中的绘图示出针对化合物#11和键合到聚集Aβ肽的化合物#11二者计算的荧光衰减速率。
结论
用Neuroptix SAPPHIRE II设备执行对具有聚集Aβ肽的化合物#11的体内荧光寿命测量。基于荧光寿命衰减速率，可以分辨键合和未键合肽的化合物#11。结果证实了Neuroptix SAPPHIRE II设备的优异性能，其能够仅通过数百个光子的探测水平区分0.85纳秒寿命差异的荧光团。
实验#2-在荷兰条纹兔(belted rabbit)中的眼药物动力学研究：
根据本发明的一个实施例，使用根据本发明的一个实施例的设备执行兔眼中的化合物#11的体内药物动力学研究。图9A是对服用淀粉体-键合化合物的两只兔子伴随受控兔子测量的、具体衰减速率的光子的频率计数的绘图。根据本发明的一个实施例，根据荧光直方图(图9B)计算与荧光淀粉体-键合化合物(化合物#11)有关的具体衰减速率的光子的频率计数。结果证实淀粉体-键合化合物有能力渗透角膜并且由设备在兔眼的晶状体中探测到。实验描述如下。
介绍
在荷兰条纹兔中执行经由局部送服荧光淀粉体-键合化合物对服药响应的眼药物动力学考察。使用药膏中的化合物#11即淀粉体-键合化合物在4天的时段内每天测试兔子。以药膏的形式使两只动物的右眼中服用化合物#11(0.5％)。一只动物未被治疗并且用作控制动物。在四天内的具体时间点让动物服药并且用SAPPHIRE II系统测试动物获得在每天的开始和结束时的荧光强度和寿命测量。
结果证实：
1)在以药膏形式浓度为5mg/g的化合物#11的反复局部送服之后实现可探测的荧光信号。
2)在当天的开始和结束时并且在四天的时段内执行的荧光测量表明兔眼的晶状体核中的化合物#11荧光增加。
方法
在下表中陈述的时间间隔和剂量浓度执行眼测量。
Figure BPA00001691979100321
Figure BPA00001691979100331
表1：测试的动物组、送服的剂量和测量时间
在四天内交错研究并且在单个位置和在单个仪器上执行该研究。在专用于研究的光线暗淡的房间中执行测试。
经由局部眼涂抹让所有动物服用化合物#11并且在右眼中测试所有动物。麻醉并且在Neuroptix SAPPHIRE II设备前面的平台上人工保持动物。动物操纵者完成粗略定位，并且Neuroptix SAPPHIRE II操纵者完成对测量位置的微调。一旦对准，SAPPHIRE II操作者启动测量序列。在服药之前、然后在每天的开始和结束时对动物进行基线测量(表1)。
实验设计和剂量：
在每天的开始和结束时在眼睛中执行荧光寿命和强度测量。测量需要轴向扫描(z-扫描)兔眼以获得眼间信息和平面扫描(xy-扫描)以获得在眼睛的某个区域中的寿命衰减测量，该区域在这一情况下是晶状体核(nucleus)。
一旦标识感兴趣的位置，在执行xy-扫描之时启动时间相关单光子计数(TCSPS)。然后获得荧光寿命图像，其中针对每个像素位置获得衰减寿命直方图。在荧光寿命图像中色编码计算的衰减时间。将每个测量执行三次。根据在xy-扫描中获得的化合物#11特征的衰减速率频率计算并且在三个测量内平均具体衰减速率的光子的频率计数。对荧光染料一天一次进行校准测量，并且校准测量表现出性能稳定且贯穿该研究无表观漂移。该设备被具体设计用于人类使用，但是平台被略微地修改用于保持兔子。
Toxikon人员经由局部眼涂抹向每只动物的右眼中执行用药。
组1：用Dexdomitor(0.5mg/kg)、Ketamine(5mg/kg)的皮下注射麻醉动物。然后在四天内每天三次向测试组中的每只动物的右下眼睑涂抹近似1/2英寸长的药膏带。
控制：对于控制组，除了未向眼睛送服药膏或者溶液之外，以与测试组中的动物相同的方式操纵一只动物。
结果概述：
在每天的开始(早上)和结束(晚上)执行对淀粉体-键合化合物的荧光强度和寿命测量。图10A和10B是示出在五只兔子的晶状体核中在四天研究时段期间服药之后的一天的用于基线的早上和在这一天的结束时测量的与化合物#11有关的具体衰减速率的光子频率计数的绘图。图10A是用于早上测量的绘图，并且图10B是用于晚上测量的绘图，二图均是针对服用化合物#11眼药膏的兔子的测量。对服用化合物#11眼药膏的两只兔子(1002和1003)的测量表明眼睛的核中的荧光信号显著增加。图10A和10B示出在间隔三小时的每天三次服药之后沿着4天研究时段测量的累积荧光信号。
在图11A和11B中是在对动物1003的研究的基线时和在第四天结束之后取得的两个荧光寿命图像。基线测量表现黑色图像，该图像指示眼睛的晶状体中不存在化合物#11。在四天之后，xy-扫描揭示具有2纳秒的衰减速率的寿命图像(灰色显示)，这是荧光寿命的特征。在两只兔子之间收集的信号差异可以归结于技术人员的服药变化和动物的眨眼。
结论
在5mg/g的浓度用化合物#11眼药膏实现主要目标。化合物#11的反复局部送服往往在涂抹的数小时之后积累于核中并且往往保持在那里持续至少12小时。
这里引用的所有专利、公布的申请和参考文献的教导通过完全引用它们而结合于此。
尽管已经参照本发明的示例实施例具体示出和描述本发明，但是本领域技术人员将理解可以对之进行形式和细节上的各种改变而未脱离所附权利要求涵盖的本发明的范围。

Claims (105)

1.一种用于探测哺乳动物的眼睛中的淀粉样蛋白的设备，所述设备包括：
光源，被配置用于发射用于照射所述眼睛的光，所述光具有光波长、光偏振或者其组合中的至少一项，每项适合于在至少淀粉体-键合化合物键合到所述淀粉样蛋白时在所述淀粉体-键合化合物中产生荧光，所述淀粉体-键合化合物已经被引入到所述眼睛并且具体键合到指示淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白；以及
光学单元，被配置用于接收包括作为对所述眼睛的所述照射的结果而产生的荧光的光并且至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光时间衰减速率，所述确定允许至少基于所述时间衰减速率来区别键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学单元被配置用于针对以下各项中的至少一项来确定所述时间衰减速率：分子转子淀粉体-键合化合物；刚果红或者刚果红衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺淀粉体-键合化合物；柯胺衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺G或者柯胺G衍生物淀粉体-键合化合物；硫磺素T或者硫磺素T衍生物淀粉体-键合化合物；以及硫磺素S或者硫磺素S衍生物淀粉体-键合化合物。
3.根据权利要求1或者2所述的设备，其中所述光学单元至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光强度。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于所述强度和所述时间衰减速率中的至少一项来确定键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的数量。
5.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于确定在所述眼睛的某个区域中具有具体衰减速率的光子的平均数。
6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光源包括脉冲式激光器。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述脉冲式激光器被配置用于发射在约1MHz与约240MHz之间的重复率的光。
8.根据权利要求6或者7所述的设备，其中所述脉冲式激光器被配置用于发射具有在约40皮秒至约400皮秒宽之间的脉冲宽度的光。
9.根据权利要求6至8中的任一权利要求所述的设备，其中所述脉冲式激光器被配置用于发射在约40MHz的重复率并且具有约200皮秒宽的脉冲宽度的光。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括：光学扫描单元，被配置用于在所述眼睛中的位置之上扫描来自所述光源的光。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述光学扫描单元包括在平移台上装配的物镜和包括电流计镜的扫描器。
12.根据权利要求10或者11所述的设备，其中所述光学扫描单元被布置用于使用所述光源的照射来采样所述眼睛中的至少一个感兴趣的区域，所述采样包括照射所述至少一个区域内的一个或者多个点、一个或者多个平面或者一个或者多个体积中的至少一项并且探测所述荧光发射。
13.根据权利要求10至12中的任一权利要求所述的设备，其中所述光学扫描单元被布置用于采样跨所述眼睛的多于一个区域的不同位置。
14.根据权利要求10至13中的任一权利要求所述的设备，其中所述光学扫描单元被布置用于在沿着向所述眼睛中深度延伸的垂直轴的接连平面中使用所述光源来执行所述眼睛的平面扫描。
15.根据任一前述权利要求所述的设备，还包括：光电探测器单元，用于探测从所述眼睛发射的荧光。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述光电探测器单元包括光电二极管、光电倍增器、电荷耦合器件和增强型电荷耦合器件中的至少一项。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述光电探测器单元包括雪崩光电探测器。
18.根据权利要求15至17中的任一权利要求所述的设备，还包括：时间相关单光子计数模块，所述时间相关单光子计数模块从所述光电探测器单元接收电信号，所述电信号指示来自所述眼睛的发荧光的光的光子计数。
19.根据权利要求18所述的设备，还包括：至少一个处理器模块，被配置用于基于作为时间通道单位的函数的光子计数分布来确定所述荧光时间衰减速率。
20.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于区别键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光、其它非具体粒子的自身荧光和未键合淀粉体-键合化合物。
21.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于区别以下各项中的多于一项的存在或者数量中的至少一项：所述淀粉体-键合化合物；键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物；以及所述淀粉样蛋白。
22.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉样蛋白包括聚集体。
23.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉样蛋白包括预淀粉样蛋白聚集体。
24.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉样蛋白包括β-淀粉体。
25.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉样紊乱包括阿尔茨海默疾病。
26.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于仅基于探测到的荧光来区别至少所述淀粉样蛋白的存在。
27.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于探测到的荧光来确定所述淀粉体-键合化合物向所述眼睛的递送速率。
28.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于探测到的荧光来确定向所述眼睛递送的淀粉体-键合化合物的空间分布。
29.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于探测到的荧光来确定所述淀粉体-键合化合物在所述眼睛的角膜的界面的浓度梯度。
30.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于探测到的荧光来确定所述眼睛的水状体中的所述淀粉体-键合化合物的空间分布和所述淀粉体-键合化合物的时间分布中的至少一项。
31.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于由于从所述眼睛的组织发射的自然荧光所致的荧光信号的增加来确定所述眼睛的眼睛界面的位置。
32.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于以下各项中的至少一项来确定所述眼睛的核上的位置：(i)远离所述眼睛的解剖结构的距离；以及(ii)探测到强度测量的改变。
33.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于基于所述眼睛的解剖结构或者子结构的至少一部分的自然荧光激发来确定所述解剖结构或者子结构的至少一个尺度。
34.根据权利要求33所述的设备，其中确定所述至少一个尺度包括以下各项中的至少一项：确定所述结构或者子结构的厚度；确定所述结构或者子结构的形状；以及确定在所述眼睛的一个或者多个结构或者子结构之间的距离。
35.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于在所述眼睛内扫描以确定激发的自然荧光并且由此确定所述眼睛中的至少一个感兴趣的区域；以及
使用所述光源的照射来采样所述眼睛中的所述至少一个感兴趣的区域，所述采样包括执行以下各项中的至少一项：测量所述至少一个区域的至少一个全部区域；或者使用所述光源的照射来采样所述至少一个区域内的不同位置，所述采样不同位置包括照射所述至少一个区域内的点、平面或者体积中的至少一项；
所述采样用于至少针对在所述至少一个采样的区域内的、键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光强度和荧光时间衰减速率。
36.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光学单元被配置用于确定沿着深入所述眼睛中的轴向扫描的每个点的激发的自然荧光并且由此确定所述眼睛中的至少一个感兴趣的位置；以及
其中所述光学单元在与所述轴向扫描的方向垂直的接连平面中使用所述光源至少针对在所述眼睛的每个平面扫描集合的每个点的、键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光强度和荧光时间衰减速率。
37.根据任一前述权利要求所述的设备，所述设备被配置用于实现在所述眼睛内实时搜寻指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白。
38.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述光源被配置用于针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域发射适当波长的光，并且其中所述光学单元被配置用于针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测适当波长的光。
39.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉体-键合化合物是化合物#11。
40.根据权利要求38或者39所述的设备，其中所述激发光谱具有约470nm的峰值，所述光源被配置用于发射在所述激发光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内的光，并且其中所述发射光谱具有约580nm的峰值，并且所述光学单元被配置用于探测在所述发射光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内的光。
41.根据任一前述权利要求所述的设备，其中所述淀粉样蛋白指示淀粉样紊乱。
42.一种用于探测哺乳动物的眼睛中的淀粉样蛋白的方法，所述方法包括：
用光源照射所述眼睛，所述光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体键合化合物键合到所述淀粉样蛋白时至少在所述淀粉体-键合化合物中产生荧光，所述淀粉体-键合化合物已经被引入到所述眼睛并且具体键合到指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白；
接收包括作为所述照射所述眼睛的结果而产生的荧光的光；以及
至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光时间衰减速率，所述确定允许至少基于所述时间衰减速率来区别键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在。
43.根据权利要求42所述的方法，还包括至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光强度。
44.根据权利要求43所述的方法，还包括基于所述强度和所述时间衰减速率中的至少一项来确定键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的数量。
45.根据权利要求42至44中的任一权利要求所述的方法，其中用所述光源照射所述眼睛包括用脉冲式激光器照射所述眼睛。
46.根据权利要求42至45中的任一权利要求所述的方法，包括用在约1MHz与约240MHz之间的重复率的光照射所述眼睛。
47.根据权利要求42至46中的任一权利要求所述的方法，包括用包括在约40皮秒至约400皮秒宽之间的脉冲宽度的光照射所述眼睛。
48.根据权利要求42至47中的任一权利要求所述的方法，包括用约40MHz的重复率并且具有约200皮秒宽的脉冲宽度的光照射所述眼睛。
49.根据权利要求42至48中的任一权利要求所述的方法，还包括：
基于由于从所述眼睛的组织发射的自然荧光所致的荧光信号的增加来确定所述眼睛的眼睛界面的位置。
50.根据权利要求42至49中的任一权利要求所述的方法，还包括：
使用所述光源的照射来采样所述眼睛中的至少一个感兴趣的区域，所述采样包括照射所述至少一个区域内的一个或者多个点、一个或者多个平面或者一个或者多个体积中的至少一项并且探测所述荧光发射。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述采样包括采样跨所述眼睛的多于一个区域的不同位置。
52.根据权利要求42至51中的任一权利要求所述的方法，还包括：
在沿着向所述眼睛中深度延伸的垂直轴的接连平面中使用所述光源来执行所述眼睛的平面扫描。
53.根据权利要求42至52中的任一权利要求所述的方法，还包括：基于以下各项中的至少一项来确定所述眼睛的核上的位置：
(i)远离所述眼睛的解剖结构的距离；以及(ii)探测到强度测量的改变。
54.根据权利要求42至53中的任一权利要求所述的方法，其中所述区别键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在包括区别键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光、其它非具体粒子的自身荧光和未键合淀粉体-键合化合物。
55.根据权利要求42至54中的任一权利要求所述的方法，还包括：区别以下各项中的多于一项的存在或者数量中的至少一项：所述淀粉体-键合化合物；键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物；以及所述淀粉样蛋白。
56.根据权利要求42至55中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉样蛋白包括聚集体。
57.根据权利要求42至56中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉样蛋白包括预淀粉样蛋白聚集体。
58.根据权利要求42至57中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉样蛋白包括β-淀粉体。
59.根据权利要求42至58中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉体样紊乱包括阿尔茨海默疾病。
60.根据权利要求42至59中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉体-键合化合物包括分子转子。
61.根据权利要求42至59中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉体-键合化合物包括以下各项中的至少一项：刚果红或者刚果红衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺淀粉体-键合化合物；柯胺衍生物淀粉体-键合化合物；柯胺G或者柯胺G衍生物淀粉体-键合化合物；硫磺素T或者硫磺素T衍生物淀粉体-键合化合物；以及硫磺素S或者硫磺素S衍生物淀粉体-键合化合物。
62.根据权利要求42至61中的任一权利要求所述的方法，包括仅基于探测到的荧光来区别至少所述淀粉样蛋白的存在。
63.根据权利要求42至62中的任一权利要求所述的方法，还包括基于探测到的荧光来确定所述淀粉体-键合化合物向所述眼睛的递送速率。
64.根据权利要求42至63中的任一权利要求所述的方法，还包括确定在所述眼睛的某个区域中具有具体衰减速率的光子的平均数。
65.根据权利要求42至64中的任一权利要求所述的方法，还包括基于探测到的荧光来确定向所述眼睛递送的淀粉体-键合化合物的空间分布。
66.根据权利要求42至65中的任一权利要求所述的方法，还包括基于探测到的荧光来确定所述淀粉体-键合化合物在所述眼睛的角膜的界面的浓度梯度。
67.根据权利要求42至66中的任一权利要求所述的方法，还包括基于探测到的荧光来确定所述眼睛的水状体中的所述淀粉体-键合化合物的空间分布和所述淀粉体-键合化合物的时间分布中的至少一项。
68.根据权利要求42至67中的任一权利要求所述的方法，还包括：基于所述眼睛的解剖结构或者子结构的至少一部分的自然荧光激发来确定所述解剖结构或者子结构的至少一个尺度。
69.根据权利要求68所述的方法，其中确定所述至少一个尺度包括以下各项中的至少一项：确定所述结构或者子结构的厚度；确定所述结构或者子结构的形状；以及确定在所述眼睛的一个或者多个结构或者子结构之间的距离。
70.根据权利要求42至69中的任一权利要求所述的方法，还包括：使用光电探测器器件来探测所述眼睛产生的荧光。
71.根据权利要求70所述的方法，其中所述光电探测器器件单元包括光电二极管、光电倍增器、电荷耦合器件和增强型电荷耦合器件中的至少一项。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述光电探测器器件包括快速雪崩光电二极管探测器。
73.根据权利要求42至72中的任一权利要求所述的方法，还包括执行对所述眼睛产生的荧光的时间相关单光子计数。
74.根据权利要求73所述的方法，其中执行所述时间相关单光子计数包括脉冲化所述光源并且基于作为时间通道单位的函数的光子计数分布来确定所述荧光时间衰减速率。
75.根据权利要求42至74中的任一权利要求所述的方法，包括：
在所述眼睛内扫描以确定激发的自然荧光并且由此确定所述眼睛中的至少一个感兴趣的区域；以及
使用所述光源的照射来采样所述眼睛中的所述至少一个感兴趣的区域，所述采样包括照射所述至少一个区域内的一个或者多个点、一个或者多个平面或者一个或者多个体积中的至少一项；
所述采样用于至少针对在所述至少一个采样的区域内的、键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光确定荧光强度和荧光时间衰减速率。
76.根据权利要求42至75中的任一权利要求所述的方法，包括：
执行深入所述眼睛中的轴向扫描以确定沿着所述轴向扫描的每个点的、激发的自然荧光并且由此确定所述眼睛中的至少一个感兴趣的位置；以及
在与所述轴向扫描的方向垂直的接连平面中使用所述光源来执行所述眼睛的平面扫描以至少针对在每个平面扫描的每个点的、键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光确定荧光强度和荧光时间衰减速率。
77.根据权利要求42至76中的任一权利要求所述的方法，其中所述方法实现在所述眼睛内实时搜寻指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白。
78.根据权利要求42至77中的任一权利要求所述的方法，还包括：针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域用适当波长的光照射所述眼睛；以及
针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测从所述眼睛接收的适当波长的光。
79.根据权利要求78所述的方法，其中所述淀粉体-键合化合物是化合物#11。
80.根据权利要求78或者79所述的方法，其中所述激发光谱具有约470nm的峰值，所述照射所述眼睛的波长在所述激发光光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内，并且其中所述发射光谱具有约580nm的峰值，所述探测从所述眼睛接收的光的波长是在所述发射光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内。
81.根据权利要求42至80中的任一权利要求所述的方法，其中所述淀粉样蛋白指示淀粉样紊乱。
82.一种诊断哺乳动物中的淀粉样紊乱或者其倾向的方法，所述方法包括：
用光源照射所述哺乳动物的眼睛，所述光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到指示所述淀粉样紊乱的淀粉样蛋白时至少在所述淀粉体-键合化合物中产生荧光，所述淀粉体-键合化合物已经被引入到所述眼睛并且具体键合到指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白；
接收包括作为所述照射所述眼睛的结果而产生的荧光的光；以及
至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光时间衰减速率，所述确定允许至少基于所述时间衰减速率来区别键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在；
其中到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的键合与正常键合控制水平相比较的增加指示所述哺乳动物中的淀粉样紊乱或者发展淀粉样紊乱的风险的诊断。
83.根据权利要求82所述的方法，其中所述淀粉样紊乱是阿尔茨海默疾病。
84.一种用于标识哺乳动物的眼睛的解剖结构的方法，所述方法包括：
用光源照射所述眼睛，所述光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在所述眼睛的所述解剖结构中产生自然荧光；以及
确定在所述眼睛内用所述光源的所述照射产生的所述自然荧光的最大强度改变位置，所述确定允许基于所述自然荧光的所述最大强度改变位置来标识所述解剖结构。
85.根据权利要求84所述的方法，其中所述解剖结构包括所述眼睛的前段的解剖结构。
86.根据权利要求84或者85所述的方法，其中所述标识所述解剖结构包括确定解剖界面的位置。
87.根据权利要求86所述的方法，其中所述确定所述解剖界面的位置包括基于确定所述自然荧光的最大强度增加的位置来确定所述眼睛的晶状体囊的界面的位置。
88.根据权利要求84至87中的任一权利要求所述的方法，其中所述标识所述解剖结构包括基于所述光源在所述眼睛中产生的自然荧光来确定角膜厚度、角膜形状、水状体深度、晶状体形状、晶状体厚度中的至少一项以及所述眼睛的所述晶状体的至少一个子结构的厚度和形状中的至少一项。
89.根据权利要求88所述的方法，其中所述晶状体的所述至少一个子结构包括所述眼睛的晶状体囊、皮层、核上和核的至少一项。
90.根据权利要求84至89中的任一权利要求所述的方法，其中所述标识所述解剖结构包括确定在所述眼睛的至少两个解剖结构之间的眼内距离。
91.根据权利要求84至90中的任一权利要求所述的方法，还包括：使用所述光源以在所述哺乳动物的所述眼睛中探测指示淀粉样紊乱的淀粉样蛋白。
92.根据权利要求91所述的方法，还包括：
用所述光源照射所述哺乳动物的所述眼睛，所述光源还包括波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白时至少在所述淀粉体-键合化合物中产生荧光，所述淀粉体-键合化合物已经被引入到所述眼睛并且具体键合到指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白；
接收包括作为所述照射所述眼睛的结果而产生的荧光的光；以及
至少针对键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光时间衰减速率，所述确定允许至少基于所述时间衰减速率来区别键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在。
93.根据权利要求92所述的方法，其中所述区别键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在包括区别键合到所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物与眼组织的背景自身荧光、其它非具体粒子的自身荧光和未键合淀粉体-键合化合物。
94.根据权利要求84至93中的任一权利要求所述的方法，其中所述方法实现在所述眼睛内实时搜寻指示所述淀粉样紊乱的所述淀粉样蛋白。
95.根据权利要求84至94中的任一权利要求所述的方法，还包括：针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光激发光谱的峰值区域用适当波长的光照射所述眼睛；以及
针对键合到所述眼睛中的所述淀粉样蛋白的所述淀粉体-键合化合物的荧光发射光谱的峰值区域探测从所述眼睛接收的适当波长的光。
96.根据权利要求95所述的方法，其中所述淀粉体-键合化合物是化合物#11。
97.根据权利要求95或者96所述的方法，其中所述激发光谱具有约470nm的峰值，所述照射所述眼睛的波长在所述激发光光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内，并且其中所述发射光谱具有约580nm的峰值，所述探测从所述眼睛接收的光的波长是在所述发射光谱的所述峰值加上或者减去约20nm内。
98.根据权利要求42至81中的任一权利要求所述的方法，其中所述方法允许至少基于所述时间衰减速率来在具有相似荧光光谱的至少两个不同荧光团之间区别，所述相似荧光光谱包括在发射光谱和激发光谱中的显著重叠中的至少一项。
99.根据权利要求42至81中的任一权利要求所述的方法，还包括：在两个维度中表示至少一个荧光团的荧光强度和寿命衰减中的至少一项的分布。
100.根据权利要求42至81中的任一权利要求所述的方法，还包括：基于至少一个荧光团的荧光强度和寿命衰减中的至少一项来确定键合的光子数目和未键合的光子数目。
101.根据权利要求100所述的方法，还包括：在两个维度中表示键合到蛋白的淀粉体-键合化合物和未键合到蛋白的淀粉体-键合化合物的荧光强度和寿命衰减的分布。
102.根据权利要求101所述的方法，还包括：将在两个维度中的所述表示与扫描仪和激光器中的至少之一同步。
103.根据权利要求42至81中的任一权利要求所述的方法，还包括：通过在所述眼睛的具体区域内平均与具体寿命衰减关联的荧光强度来确定参数。
104.根据权利要求42至81中的任一权利要求所述的方法，还包括：沿着共焦路径将对准光源与所述眼睛对准以确定所述眼睛内的参考点。
105.一种用于确定眼组织中的蛋白上的键合荧光团的方法，所述方法包括：
用光源照射所述眼组织，所述光源具有波长性质、偏振性质或者其组合中的至少一项，每项适合于在淀粉体-键合化合物键合到所述蛋白时至少在所述淀粉体-键合化合物中产生荧光，所述淀粉体键合-化合物已经被引入到所述眼组织并且具体键合到所述蛋白；
接收包括作为所述照射所述眼睛的结果而产生的荧光的光；以及
至少针对键合到所述蛋白的所述淀粉体-键合化合物产生的所述荧光来确定荧光时间衰减速率，所述确定允许至少基于所述时间衰减速率来区别键合到所述蛋白的所述淀粉体-键合化合物的存在。
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