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關于活體成像技術介紹

瀏覽：1114 發表時間：2024-10-15

1什么是小動物活體成像技術？

小動物活體成像技術是指應用影像學方法，對活體狀態下的生物過程進行組織、細胞和分子水平的定性和定量研究，其基本原理是光可以穿透實驗動物的組織并且可由儀器量化檢測到光強度，同時反映出細胞的數量。常用于皮下移植瘤、原位移植瘤和尾靜脈注射轉移瘤等模型中。

小動物活體成像技術主要分為可見光成像（optical）、核素成像（PET/SPECT），核磁共振成像（MRI），計算機斷層掃描（CT）和超聲成像（Ultrasound）五大類，下表為這幾種技術的差異匯總。

表1常見的幾種小動物活體成像技術優缺點

體內可見光成像主要包括生物發光與熒光兩種技術。

生物發光技術是用熒光素酶基因標記DNA，利用其產生的蛋白酶與相應的底物熒光素(luciferin)發生生化反應，產生生物體內的光信號。

熒光技術則采用GFP、RFP等熒光報告基因和FITC、Cy5、Cy7等熒光素及量子點（quantumdot，QD）進行標記，通過激發光和發射光獲取成像。

表2生物發光與熒光成像優缺點

2
生物發光成像實驗

實驗步驟：

用熒光素酶基因標記腫瘤細胞等。

篩選陽性克隆、繪制標記物的發光梯度曲線等。

選擇轉染率相對高且穩定的一批細胞進行體內實驗。

麻醉實驗動物。

注射底物熒光素。最佳的檢測時間是在注射后10到15分鐘之間。(對于不同的動物模型，發光動力學過程并不完全一致，最好先進行預實驗確定何時發光信號最強）

成像。

結果呈現：

皮下移植瘤模型：

原位移植瘤模型：

尾靜脈注射移植瘤模型：

3熒光成像實驗

實驗步驟：

用熒光報告基團（GFP、RFP、Cy5、Cy7等）進行標記（注射入小鼠體內）。

小鼠經過麻醉后放入成像暗箱平臺，照明燈拍攝第一次背景。

照明燈自動關閉，動物成像。

常用熒光染料：DIR、DID、CY5、CY5.5

結果呈現：

脾臟包膜肝轉移模型：

4應用領域

—— 01腫瘤學——

活體生物發光成像技術能夠讓研究人員能夠直接、快速的測量各種癌癥模型中腫瘤的生長、轉移以及對藥物反應。

—— 02藥物研究——

在藥物代謝方面，標記與藥物代謝有關的基因，比如CYP3A4等，研究不同的藥物對該基因表達的影響，從而可以間接知道相關藥物在體內代謝的情況。在藥劑學研究方面，可以通過把熒光素酶報告基因的質粒直接裝載在藥物載體中，觀察藥物載體的靶向臟器與體內分布規律。在藥理學方面，通過轉基因小鼠的應用，觀察藥物作用的通路，用熒光素酶基因標記某一個興趣基因，觀察藥物作用的通路。

—— 03基因治療——

這種可視的方法直觀地評價DNA的轉染效率和表達效率，在基因治療研究中具有重要的指導作用。

—— 04干細胞及免疫學——

用熒光素酶標記的干細胞、免疫細胞組成性表達的基因，做成轉基因動物，干細胞就被標記了，若干細胞移植到另外動物體內，用活體生物發光成像技術示蹤干細胞在體內的增殖、分化及遷徙的過程。

—— 05基因表達模式——

研究基因表達可以從影響基因表達的各個不同的層面進行相關的研究，如利用融合蛋白( p27-luc融合蛋白研究其在Cdk細胞分裂周期的表達)，興趣基因啟動子控制的熒光素酶( Catenin在腫瘤轉移的信號傳導機制)，siRNA方式和轉基因動物等方法。

—— 06蛋白質相互作用——

其原理是將分開時都不單獨發光的熒光酶的C端和N端分別連接在兩個不同的蛋白質上，若是這兩個蛋白質之間有相互作用，熒光酶的C端和N端就會被連接到一-起，激活熒光素酶的轉錄表達，在有底物存在時出現生物發光。

—— 07細胞凋亡——

具體原理是用分子生物學方法在熒光酶的兩端連接上抑制其發光的蛋白(如雌激素)，但在其連接處加上caspase (細胞凋亡時特異表達的一種酶)的酶切點。細胞發生凋亡時，表達caspase，切開抑制熒光酶發光的蛋白，使熒光素酶開始發光。

—— 08疾病機理——

可以標記與某種疾病密切相關的基因，做成轉基因小鼠，通過特定的藥物作用或其他條件下該基因表達的變化，來推測該疾病的發病機理和藥物對疾病治療的效果等。