活體動物體內生物發光和熒光成像技術基礎原理與應用二

（二）活體生物發光成像技術應用領域

活體生物發光成像技術是一項在某些領域有不可替代優勢的技術，比如腫瘤轉移研究、藥物開發、基因治療、干細胞示蹤等方面。

1．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、轉移以及對藥物的反應。其特點是極高的靈敏度使微小的腫瘤病灶（少到幾百個細胞）也可以被檢測到，比傳統方法的靈敏度大大提高了；非常適合于腫瘤體內生長的定量分析；避免由于宰殺老鼠而造成的組間差異；節省動物成本。由于以上特點，使基于轉移模型、原位模型、自發腫瘤模型等方面的腫瘤學研究得到發展。建立腫瘤轉移模型，可以觀察腫瘤轉移情況，進一步探討腫瘤轉移的機制；可進行原位接種，觀察原位以及原位轉移模型，使腫瘤學研究更接近腫瘤臨床發病的微觀環境；通過建立自發腫瘤模型，可以觀察腫瘤發生機理。（圖11-1）。

圖11-1 腫瘤的長期檢測，左圖分別是7天，14天，30天成像。來自中國軍事醫學科學院

2．藥物研究

在藥效學評價方面，熒光素酶癌癥模型可用于癌癥體內用藥在整體動物水平上進行長期療效跟蹤觀察。利用無創傷活體成像對癌細胞生長的檢測，可對癌癥治療之前和過程中的癌細胞的變化進行實時觀測和評估。這種方式提供一個很好的對癌細胞的反應和復發評估的預診斷途徑。用活體成像的方法比傳統技術有更高的靈敏度，當用傳統的方法還不能檢測到瘤塊時，用該技術已經可以檢測到很強的信號。由于該技術只是檢測活細胞，不能檢測已經凋亡的細胞。而用傳統的方法，不能區別正常細胞與凋亡的細胞，所以該技術可以比傳統技術更早更靈敏的發現藥物的療效。

利用活體成像技術高靈敏度、觀察方便的特點，在抗腫瘤藥物臨床前研究中，通過給予腫瘤接種的小鼠不同劑量，不同給藥時間、不同給藥途徑，觀察抗腫瘤藥物的最佳給藥途徑、給藥劑量及給藥時間，從而制定合適的劑型與服藥時間。

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（圖11-2）。在藥理學方面，還可以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。

圖11-2利用IL-1Β轉基因小鼠篩選抗炎癥藥物，來自上海南方模式生物研究中心

3．基因治療

基因治療是將正常基因或有治療作用的基因通過一定方式導入靶細胞以糾正基因的缺陷或者發揮治療作用，從而達到治療疾病目的。目前，基因治療主要是以病毒做載體，可應用熒光素酶基因作為報告基因加入載體，觀察目的基因是否到達動物體內的特異組織和是否持續高效表達，這種非侵入方式具有低毒性及免疫反應輕微等優點且可以直接實時觀察，了解病毒或載體侵染的部位和時域信息；熒光素酶基因也可以插入脂質體包裹的DNA分子中，用來觀察脂質體為載體的DNA運輸和基因治療情況；也可以表達熒光素酶基因的質粒裸DNA為模型DNA，直接注入動物體內，利用生物發光成像可以分析不同載體、不同注射位點、不同注射量對熒光素酶基因表達的影響，同時也可以時空量化分析基因表達的分布、水平和持續時間。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。