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活體生物發(fā)光成像技術(shù)的*新進(jìn)展(一）
日期：2025-10-02 09:01
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摘要：
活體動(dòng)物體內(nèi)光學(xué)成像(Optical in vivoImaging)主要采用生物發(fā)光（bioluminescence）與熒光（fluorescence）兩種技術(shù)。生物發(fā)光是用熒光素酶(Luciferase)基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA，而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基團(tuán)（GFP、RFP,Cyt及dyes等）進(jìn)行標(biāo)記。利用一套非常靈敏的光學(xué)檢測(cè)儀器，讓研究人員能夠直接監(jiān)控活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，可以觀測(cè)活體動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移、感染性**發(fā)展過(guò)程、特定基因的表達(dá)等生物學(xué)過(guò)程。傳統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方法需要在不同的時(shí)間點(diǎn)宰殺實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以獲得數(shù)據(jù),得到多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。相比之下，可見(jiàn)光體內(nèi)成像通過(guò)對(duì)同一組實(shí)驗(yàn)對(duì)象在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行記錄，跟蹤同一觀察目標(biāo)（標(biāo)記細(xì)胞及基因）的移動(dòng)及變化，所得的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可信。另外,這一技術(shù)對(duì)腫瘤微小轉(zhuǎn)移灶的檢測(cè)靈敏度極高，不涉及放射性物質(zhì)和方法, 非常**。 因其操作極其簡(jiǎn)單、所得結(jié)果直觀、靈敏度高等特點(diǎn),在剛剛發(fā)展起來(lái)的幾年時(shí)間內(nèi)，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及**開(kāi)發(fā)等方面。
小分子可以用熒光，也可以用放射性同位素標(biāo)記進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。但是由于熒光機(jī)團(tuán)的大小與小分子**差不多，用之標(biāo)記小分子后，會(huì)影響小分子**的特性，尤其是吸收、代謝方面。所以熒光標(biāo)記小分子只是在不具備PET的使用條件后的一個(gè)替代方法，并不是*合適的方法。國(guó)外一般都是用PET標(biāo)記小分子**進(jìn)行相關(guān)的研究。
體內(nèi)可見(jiàn)光技術(shù)的發(fā)展過(guò)程是怎樣的？
研究人員在1995年對(duì)此技術(shù)開(kāi)始研究，技術(shù)在1999年才開(kāi)始成熟，精諾真的商業(yè)產(chǎn)品在2000年出現(xiàn)在市場(chǎng)上。但大量的研究工作是在*近兩年才開(kāi)始的。技術(shù)開(kāi)始流行起來(lái)，多數(shù)的文章也是在*近兩年發(fā)表的。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有四家單位購(gòu)買(mǎi)了該系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的研究，有很多的科研工作者對(duì)這項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，越來(lái)越多的人開(kāi)始計(jì)劃用該技術(shù)進(jìn)行腫瘤學(xué)、流行病學(xué)、**研究等。
相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)，生物發(fā)光成像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)研究領(lǐng)域在哪里？沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域在哪里？
該技術(shù)是一項(xiàng)在某些領(lǐng)域有很大不可替代優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，但是并不是萬(wàn)能的技術(shù)。因此，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，有它特別適合的領(lǐng)域，也有它不適合的領(lǐng)域。腫瘤轉(zhuǎn)移研究，基因**，流行病學(xué)的發(fā)病學(xué)研究，干細(xì)胞示蹤，白血病的相關(guān)研究等是該技術(shù)非常有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。在**開(kāi)發(fā)方面，用該技術(shù)進(jìn)行腫瘤的藥效研究，比傳統(tǒng)方法更靈敏，還可以通過(guò)一系列轉(zhuǎn)基因**動(dòng)物模型，來(lái)快速直觀的進(jìn)行相關(guān)**的發(fā)病機(jī)理和**篩選研究。
成體小鼠可以看到體內(nèi)發(fā)光嗎？
可以。成體老鼠和裸鼠，幼鼠及胚胎的區(qū)別只在與對(duì)可見(jiàn)光的穿透性不同，我們的技術(shù)可以看到成體正常老鼠的體內(nèi)發(fā)光。這正是這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值所在。
熒光檢測(cè)與生物發(fā)光檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)比較如何？
熒光發(fā)光需要激發(fā)光使得熒光基團(tuán)達(dá)到較高的能量水平，然后發(fā)射出較長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)射光。兩種常見(jiàn)的熒光蛋白：綠色熒光蛋白（greenfluorescentprotein）和紅色熒光蛋白或DsRed，這些蛋白熒光局限于可見(jiàn)光400-650nm范圍。但生物體內(nèi)很多物質(zhì)在受到激發(fā)光激發(fā)后，也會(huì)發(fā)出熒光，產(chǎn)生的非特異性熒光會(huì)影響到檢測(cè)靈敏度。特別是當(dāng)發(fā)光細(xì)胞深藏于組織內(nèi)部，則需要較高能量的激發(fā)光源，也就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的背景噪音。生物發(fā)光成像相對(duì)于熒光成像，其靈敏度高。作為體內(nèi)報(bào)告源，生物發(fā)光較之熒光的優(yōu)點(diǎn)之一為不需要激發(fā)光的激發(fā),它是以酶和底物的特異作用而發(fā)光,且動(dòng)物體自身不會(huì)發(fā)光，這樣生物發(fā)光就具有極低的背景。雖然熒光信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于生物發(fā)光，但極低的自發(fā)光水平使得生物發(fā)光的信噪比遠(yuǎn)高于熒光。另外,生物發(fā)光信號(hào)可以方便計(jì)量，即便標(biāo)記細(xì)胞在動(dòng)物體內(nèi)有復(fù)雜的定位，亦可從動(dòng)物體表的信號(hào)水平直接得出發(fā)光細(xì)胞的數(shù)量。而對(duì)于熒光，信號(hào)水平取決于發(fā)光細(xì)胞的數(shù)量及激發(fā)光的強(qiáng)度，光線穿過(guò)的組織對(duì)其有強(qiáng)烈的吸收，這使得熒光強(qiáng)度很難計(jì)量。由于熒光素酶在表達(dá)后快速合成并具有較短的壽命，而成為環(huán)境條件快速變化（如感染**）的反應(yīng)探針。可根據(jù)兩者所具有的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)要求如組織的光學(xué)條件（報(bào)告源的深度、體積及組織吸光度等），選擇所適合的發(fā)光探針。（待續(xù)）
