活体生物发光成像技术的*新进展(一）

日期：2024-05-30 17:56

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摘要：

活体动物体内光学成像(Optical in vivoImaging)主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。生物发光是用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团（GFP、RFP,Cyt及dyes等）进行标记。利用一套非常灵敏的光学检测仪器，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。通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性**发展过程、特定基因的表达等生物学过程。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得数据,得到多个时间点的实验结果。相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。另外,这一技术对肿瘤微小转移灶的检测灵敏度极高，不涉及放射性物质和方法, 非常**。因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点,在刚刚发展起来的几年时间内，已广泛应用于生命科学、医学研究及**开发等方面。

小分子**的标记用荧光与PET，哪一个更好？

小分子可以用荧光，也可以用放射性同位素标记进行相关的实验。但是由于荧光机团的大小与小分子**差不多，用之标记小分子后，会影响小分子**的特性，尤其是吸收、代谢方面。所以荧光标记小分子只是在不具备PET的使用条件后的一个替代方法，并不是*合适的方法。国外一般都是用PET标记小分子**进行相关的研究。

体内可见光技术的发展过程是怎样的？

研究人员在1995年对此技术开始研究，技术在1999年才开始成熟，精诺真的商业产品在2000年出现在市场上。但大量的研究工作是在*近两年才开始的。技术开始流行起来，多数的文章也是在*近两年发表的。国内已经有四家单位购买了该系统进行相关的研究，有很多的科研工作者对这项技术产生了浓厚的兴趣，越来越多的人开始计划用该技术进行肿瘤学、流行病学、**研究等。

相对于传统技术，生物发光成像技术的优势研究领域在哪里？没有优势的领域在哪里？

该技术是一项在某些领域有很大不可替代优势的技术，但是并不是万能的技术。因此，与传统技术相比，有它特别适合的领域，也有它不适合的领域。肿瘤转移研究，基因**，流行病学的发病学研究，干细胞示踪，白血病的相关研究等是该技术非常有优势的领域。在**开发方面，用该技术进行肿瘤的药效研究，比传统方法更灵敏，还可以通过一系列转基因**动物模型，来快速直观的进行相关**的发病机理和**筛选研究。

成体小鼠可以看到体内发光吗？

可以。成体老鼠和裸鼠，幼鼠及胚胎的区别只在与对可见光的穿透性不同，我们的技术可以看到成体正常老鼠的体内发光。这正是这项技术的价值所在。

荧光检测与生物发光检测的优势与劣势比较如何？

荧光发光需要激发光使得荧光基团达到较高的能量水平，然后发射出较长波长的发射光。两种常见的荧光蛋白：绿色荧光蛋白（greenfluorescentprotein）和红色荧光蛋白或DsRed，这些蛋白荧光局限于可见光400-650nm范围。但生物体内很多物质在受到激发光激发后，也会发出荧光，产生的非特异性荧光会影响到检测灵敏度。特别是当发光细胞深藏于组织内部，则需要较高能量的激发光源，也就会产生很强的背景噪音。生物发光成像相对于荧光成像，其灵敏度高。作为体内报告源，生物发光较之荧光的优点之一为不需要激发光的激发,它是以酶和底物的特异作用而发光,且动物体自身不会发光，这样生物发光就具有极低的背景。虽然荧光信号远远强于生物发光，但极低的自发光水平使得生物发光的信噪比远高于荧光。另外,生物发光信号可以方便计量，即便标记细胞在动物体内有复杂的定位，亦可从动物体表的信号水平直接得出发光细胞的数量。而对于荧光，信号水平取决于发光细胞的数量及激发光的强度，光线穿过的组织对其有强烈的吸收，这使得荧光强度很难计量。由于荧光素酶在表达后快速合成并具有较短的寿命，而成为环境条件快速变化（如感染**）的反应探针。可根据两者所具有的特点以及实验要求如组织的光学条件（报告源的深度、体积及组织吸光度等），选择所适合的发光探针。（待续）

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