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1什么是小動物活體成像技術(shù)？

   小動物活體成像技術(shù)是指應(yīng)用影像學(xué)方法，對活體狀態(tài)下的生物過程進(jìn)行組織、細(xì)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(shí)驗動物的組織并且可由儀器量化檢測到光強(qiáng)度，同時反映出細(xì)胞的數(shù)量。常用于皮下移植瘤、原位移植瘤和尾靜脈注射轉(zhuǎn)移瘤等模型中。

    小動物活體成像技術(shù)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(jī)斷層掃描（CT）和超聲成像（Ultrasound）五大類，下表為這幾種技術(shù)的差異匯總。

表1常見的幾種小動物活體成像技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

    體內(nèi)可見光成像主要包括生物發(fā)光與熒光兩種技術(shù)。

    生物發(fā)光技術(shù)是用熒光素酶基因標(biāo)記DNA，利用其產(chǎn)生的蛋白酶與相應(yīng)的底物熒光素(luciferin)發(fā)生生化反應(yīng)，產(chǎn)生生物體內(nèi)的光信號。

    熒光技術(shù)則采用GFP、RFP等熒光報告基因和FITC、Cy5、Cy7等熒光素及量子點(diǎn)（quantumdot，QD）進(jìn)行標(biāo)記，通過激發(fā)光和發(fā)射光獲取成像。

表2生物發(fā)光與熒光成像優(yōu)缺點(diǎn)

2
生物發(fā)光成像實(shí)驗

實(shí)驗步驟：

用熒光素酶基因標(biāo)記腫瘤細(xì)胞等。

篩選陽性克隆、繪制標(biāo)記物的發(fā)光梯度曲線等。

選擇轉(zhuǎn)染率相對高且穩(wěn)定的一批細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗。

麻醉實(shí)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(fā)光動力學(xué)過程并不完全一致，最好先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗確定何時發(fā)光信號最強(qiáng)）

成像。

結(jié)果呈現(xiàn)：

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(shí)驗

實(shí)驗步驟：

用熒光報告基團(tuán)（GFP、RFP、Cy5、Cy7等）進(jìn)行標(biāo)記（注射入小鼠體內(nèi)）。

小鼠經(jīng)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(guān)閉，動物成像。

常用熒光染料：DIR、DID、CY5、CY5.5

結(jié)果呈現(xiàn)：

脾臟包膜肝轉(zhuǎn)移模型：

4應(yīng)用領(lǐng)域

——  01腫瘤學(xué)——

   活體生物發(fā)光成像技術(shù)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(zhuǎn)移以及對藥物反應(yīng)。

 ——  02藥物研究——

    在藥物代謝方面，標(biāo)記與藥物代謝有關(guān)的基因，比如CYP3A4等，研究不同的藥物對該基因表達(dá)的影響，從而可以間接知道相關(guān)藥物在體內(nèi)代謝的情況。在藥劑學(xué)研究方面，可以通過把熒光素酶報告基因的質(zhì)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(nèi)分布規(guī)律。在藥理學(xué)方面，通過轉(zhuǎn)基因小鼠的應(yīng)用，觀察藥物作用的通路，用熒光素酶基因標(biāo)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(zhuǎn)染效率和表達(dá)效率，在基因治療研究中具有重要的指導(dǎo)作用。

——  04干細(xì)胞及免疫學(xué)——

    用熒光素酶標(biāo)記的干細(xì)胞、免疫細(xì)胞組成性表達(dá)的基因，做成轉(zhuǎn)基因動物，干細(xì)胞就被標(biāo)記了，若干細(xì)胞移植到另外動物體內(nèi)，用活體生物發(fā)光成像技術(shù)示蹤干細(xì)胞在體內(nèi)的增殖、分化及遷徙的過程。

——  05基因表達(dá)模式——

    研究基因表達(dá)可以從影響基因表達(dá)的各個不同的層面進(jìn)行相關(guān)的研究，如利用融合蛋白( p27-luc融合蛋白研究其在Cdk細(xì)胞分裂周期的表達(dá))，興趣基因啟動子控制的熒光素酶( Catenin在腫瘤轉(zhuǎn)移的信號傳導(dǎo)機(jī)制)，siRNA方式和轉(zhuǎn)基因動物等方法。

——  06蛋白質(zhì)相互作用——

    其原理是將分開時都不單獨(dú)發(fā)光的熒光酶的C端和N端分別連接在兩個不同的蛋白質(zhì)上，若是這兩個蛋白質(zhì)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(zhuǎn)錄表達(dá)，在有底物存在時出現(xiàn)生物發(fā)光。

——  07細(xì)胞凋亡——

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

——  08疾病機(jī)理——

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

——  09其他——

在熒光素酶基因的一端接要研究的蛋白質(zhì)的基因，另一端接肯定在細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)的蛋 白的基因，當(dāng)核外的蛋白運(yùn)輸?shù)胶藘?nèi)時，就會導(dǎo)致熒光素酶N端、C端靠近，恢復(fù)發(fā)光。

轉(zhuǎn)自：網(wǎng)絡(luò)

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8

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