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1、小动物活体成像技术重点词：动物成像分子影像学光学成像2010-04-2000:00根源：互联网点击次数：50891、背景和原理1999年，美国哈佛大学Weissleder等人提出了分子影像学（molecularimaging）的观点应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。传统成像大多依靠于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化，而不是认识疾病的特异性分子事件。分子成像则是利用特异性分子探针追踪靶目标并成像。这类从非特异性成像到特异性成像的变化，为疾病生物学、疾病初期检测、定性、评估和治疗带来了重要的影响。分子成像技术使活体动物体内成像成为可能，它的出
2、现，归功于分子生物学和细胞生物学的发展、转基因动物模型的使用、新的成像药物的运用、高特异性的探针、小动物成像设施的发展等诸多要素。当前，分子成像技术可用于研究观察特异性细胞、基因和分子的表达或互作过程，同时检测多种分子事件，追踪靶细胞，药物和基因治疗最优化，从分子和细胞水平对药物疗效进行成像，从分子病理水平评估疾病发展过程，对同一个动物或病人进行时间、环境、发展和治疗影响追踪。2、分子成像的长处分子成像和传统的体外成像或细胞培育对比有着明显长处。第一，分子成像能够反应细胞或基因表达的空间和时间散布，进而认识活体动物体内的有关生物学过程、特异性基因功能和互相作用。第二，因为能够对同一个研究个体进
3、行长时间频频追踪成像，既能够提高数据的可比性，防止个体差别对试验结果的可影响，又不需要杀死模式动物，节俭了大笔科研花费。第三，特别在药物开发方面，分子成像更是拥有划时代的意义。依据当前的统计结果，因为进入临床研究的药物中大多半因为安全问题而停止，致使了在临床研究中大批的资本浪费，而分子成像技术的问世，为解决这一难题供给了广阔的空间，将使药物在临床前研究中经过利用分子成像的方法，获取更详尽的分子或基因述水平的数据，这是用传统的方法没法认识的领域，所以分子成像将对新药研究的模式带来革命性改革。其次，在转基因动物、动物基因打靶或制药研究过程中，分子成像能对动物的性状进行跟踪检测，对表型进行直接观察和
4、（定量）剖析；3、分类分子成像技术主要分为光学成像、核素成像、磁共振成像和超声成像、CT成像五大类。(1)光学成像活体动物体内光学成像(OpticalinvivoImaging)主要采纳生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。生物发光是用荧光素酶(Luciferase)基因标志细胞或DNA，而荧光技术则采纳荧光报告基团（GFP、RFP,Cyt及dyes等）进行标志。利用一套特别敏捷的光学检测仪器，让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。经过这个系统，能够观察活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程
5、。传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获取数据,获取多个时间点的实验结果。对比之下，可见光体内成像经过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，追踪同一察看目标（标志细胞及基因）的挪动及变化，所得的数据更为真切可信。此外,这一技术对肿瘤细小转移灶的检测敏捷度极高，不波及放射性物质和方法,特别安全。因其操作极其简单、所得结果直观、敏捷度高等特色,在刚才发展起来的几年时间内，已宽泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。乳动物生物发光，是将Fluc基因整合到细胞染色体DNA上以表达荧光素酶，当外源（腹腔或静脉注射）赐予其底物荧光素(luciferin)，即可在几分钟内产生发光现象。这类
6、酶在ATP及氧气的存在条件下，催化荧光素的氧化反响才能够发光，所以只有在活细胞内才会产生发光现象，并且光的强度与标志细胞的数目线性有关。对于细菌，lux操控子由编码荧光素酶的基因和编码荧光素酶底物合成酶的基因构成，带有这类操控子的细菌会连续发光，不需要外源性底物。基因、细胞和活体动物都可被荧光素酶基因标记。标志细胞的方法基本上是经过分子生物学克隆技术,将荧光素酶的基因插到预期察看的细胞的染色体内，经过单克隆细胞技术的挑选,培育出能稳固表达荧光素酶的细胞株。当前,常用的细胞株基本上都已标志好,市场上已有销售。将标志好的细胞注入小鼠体内后,观察前需要注射荧光素酶的底物荧光素，为约280道尔顿的小分
7、子。荧光素脂溶性特别好,很简单透过血脑屏障。注射一次荧光素能保持小鼠体内荧光素酶标志的细胞发光30-45分钟。每次荧光素酶催化反响只产生一个光子，这是肉眼没法察看到的，应用一个高度敏捷的制冷CCD相机及特别设计的成像暗箱和成像软件，可观察并记录到这些光子。光在哺乳动物组织内流传时会被散射和汲取，光子碰到细胞膜和细胞质时会发生折射现象，并且不同种类的细胞和组织汲取光子的特征其实不同样。在偏红光地区,大批的光能够穿过组织和皮肤而被检测到。利用敏捷的活体成像系统最少能够看到皮下的500 个细胞，自然，因为发光源在老鼠体内深度的不同可看到的最少细胞数是不同的。在同样的深度状况下,检测到的发光强度和细胞
8、的数目拥有特别好的线性关系。可见光体内成像技术的基根源理在于光能够穿透实验动物的组织并且可由仪度量化检测到的光强度，同时反应出细胞的数目。荧光发光是经过激发光激发荧光基团抵达高能量状态，尔后产生发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白DsRed及其余荧光报告基团，标志方法与体外荧光成像相像。荧光成像拥有花费便宜和操作简单等长处。同生物发光在动物体内的穿透性相像，红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多，近红外荧光为观察生理指标的最正确选择。固然荧光信号远远强于生物发光，但非特异性荧光产生的背景噪音使其信噪比远远低于生物发光。固然很多企业采纳不同的技术分别背景光，可是遇到荧光特征的
9、限制，很难完好除去背景噪音。这些背景噪音造成荧光成像的敏捷度较低。当前大多半高水平的文章仍是应用生物发光的方法来研究活体动物体内成像。可是，荧光成像有其方便，便宜，直观，标志靶点多样和易于被大多半研究人员接受的长处，在一些植物分子生物学研究和察看小分子体内代谢方面也获取应用。关于不同的研究，可依据二者的特色以及实验要求，选择适合的方法。近来很多文件报导的实验中，利用绿色荧光蛋白和荧光素酶对细胞或动物进行两重标志，用成熟的荧光成像技术进行体外检测，进行分子生物学和细胞生物学研究；而后利用生物发光技术进行动物体内检测，进行活体动物体内研究。(2) 核素成像核素成像技术用于发现易于为核素标志的既定靶
10、目标底物的存在，或用于追踪小量标志基因药物和进行很多药物抵挡或病毒载体的传递。包含微PET、微SPECT。微PET（正电子发射断层扫描仪PositronEmissionTomography）在当前的分子影像学研究中占有着极其重要的地位。最初开始的分子影像学研究就是用PET达成的，现在，用微PET进行的纯真胞疹病毒胸苷激酶的分子影像学技术已应用于临床试验中。微PET技术是将正电子同位素标志的化合物注入生物体内作为探针，当这些化合物参加生物体内的代谢过程时，PET依照同位素放射性散布的绝对量进行连续性扫描，依据动力学原理和图像数据，对活体组织中的生理生化代谢过程作出定量剖析，如血流量、能量代谢、蛋
11、白质合成、脂肪酸代谢、神经递质合成速度、受体密度及其与配体联合的选择性和动力学等。PET往常使用的探针是用11C，14N，15O及18F等生物组织中含量最多元素的放射性核素标志的化合物，它们拥有与体内分子类似（包含细胞代谢）的特色。在药理学研究中，则能够用正电子同位素直接标志药物，察看其在活体中的散布和代谢，或测量生理性刺激及病理学过程中药物散布与代谢的变化，进而对药物剂量、作用部位、可能发生的毒副作用等做出前瞻性判断。还能够判断其代谢反响的种类及产物，察看药物与其余药物的互相作用、药物与营养物质的互相作用、药物与受体的作用、药物与酶的互相作用等。(3)磁共振成像磁共振（MRI）分子影像学的优
12、势在于它的高分辨率（已达到m级），同时可获取解剖及生理信息。这些正是核医学、光学成像的短处。可是MRI分子影像学也有其短处，它的敏感性较低（微克分子水平），与核医学成像技术的纳克分子水平对比，低几个数目级。传统的MRI是以物理、生理特征作为成像对照的依照。分子水平的MRI成像是成立在上述传统成像技术基础上，以特别分子作为成像依照，其根本主旨是将非特异性物理成像转为特异性分子成像，因此其评论疾病的指标更完美，更具特异性。MRI分子影像学成像，可在活体完好的微循环下研究病理体制，在基因治疗后表型改变前，评论基因治疗的初期效能，并可供给三维信息，较传统的组织学检查更立体、迅速。归纳起来，MRI在分子影像学的应用主要包含基因表达与基因治疗成像、分子水平定量评论肿瘤血管生成、显微成像、活体细胞及分子水平评价功能性改变等方面。(4)超声成像超声分子影像学是近几年超声医学在分子影像学方面的研究热门。它是利用超声微泡造影剂介导来发现疾病初期在细胞和分子水平的变化，有益于人们更早、更正确地诊疗疾病。经过此种方式也能够在生病初期进行基因治疗、药物治疗等，以期在根本上治愈疾病。(5)CT成像CT成像是利用组织的密度不同造成对X射线透过率的不同而对人体成像的临床检测技术。近来，因为拥有更高的分辨率与敏捷度的微CT的出现，使这项传统的技术也进入分子成像领域。主假如应用在肿瘤学，骨科方面的研究。
