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活體生物發(fā)光成像技術的*新進展(一）
日期：2025-05-03 05:37
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摘要：
活體動物體內光學成像(Optical in vivoImaging)主要采用生物發(fā)光（bioluminescence）與熒光（fluorescence）兩種技術。生物發(fā)光是用熒光素酶(Luciferase)基因標記細胞或DNA，而熒光技術則采用熒光報告基團（GFP、RFP,Cyt及dyes等）進行標記。利用一套非常靈敏的光學檢測儀器，讓研究人員能夠直接監(jiān)控活體生物體內的細胞活動和基因行為。通過這個系統(tǒng)，可以觀測活體動物體內腫瘤的生長及轉移、感染性**發(fā)展過程、特定基因的表達等生物學過程。傳統(tǒng)的動物實驗方法需要在不同的時間點宰殺實驗動物以獲得數(shù)據(jù),得到多個時間點的實驗結果。相比之下，可見光體內成像通過對同一組實驗對象在不同時間點進行記錄，跟蹤同一觀察目標（標記細胞及基因）的移動及變化，所得的數(shù)據(jù)更加真實可信。另外,這一技術對腫瘤微小轉移灶的檢測靈敏度極高，不涉及放射性物質和方法, 非常**。 因其操作極其簡單、所得結果直觀、靈敏度高等特點,在剛剛發(fā)展起來的幾年時間內，已廣泛應用于生命科學、醫(yī)學研究及**開發(fā)等方面。
小分子可以用熒光，也可以用放射性同位素標記進行相關的實驗。但是由于熒光機團的大小與小分子**差不多，用之標記小分子后，會影響小分子**的特性，尤其是吸收、代謝方面。所以熒光標記小分子只是在不具備PET的使用條件后的一個替代方法，并不是*合適的方法。國外一般都是用PET標記小分子**進行相關的研究。
體內可見光技術的發(fā)展過程是怎樣的？
研究人員在1995年對此技術開始研究，技術在1999年才開始成熟，精諾真的商業(yè)產(chǎn)品在2000年出現(xiàn)在市場上。但大量的研究工作是在*近兩年才開始的。技術開始流行起來，多數(shù)的文章也是在*近兩年發(fā)表的。國內已經(jīng)有四家單位購買了該系統(tǒng)進行相關的研究，有很多的科研工作者對這項技術產(chǎn)生了濃厚的興趣，越來越多的人開始計劃用該技術進行腫瘤學、流行病學、**研究等。
相對于傳統(tǒng)技術，生物發(fā)光成像技術的優(yōu)勢研究領域在哪里？沒有優(yōu)勢的領域在哪里？
該技術是一項在某些領域有很大不可替代優(yōu)勢的技術，但是并不是萬能的技術。因此，與傳統(tǒng)技術相比，有它特別適合的領域，也有它不適合的領域。腫瘤轉移研究，基因**，流行病學的發(fā)病學研究，干細胞示蹤，白血病的相關研究等是該技術非常有優(yōu)勢的領域。在**開發(fā)方面，用該技術進行腫瘤的藥效研究，比傳統(tǒng)方法更靈敏，還可以通過一系列轉基因**動物模型，來快速直觀的進行相關**的發(fā)病機理和**篩選研究。
成體小鼠可以看到體內發(fā)光嗎？
可以。成體老鼠和裸鼠，幼鼠及胚胎的區(qū)別只在與對可見光的穿透性不同，我們的技術可以看到成體正常老鼠的體內發(fā)光。這正是這項技術的價值所在。
熒光檢測與生物發(fā)光檢測的優(yōu)勢與劣勢比較如何？
熒光發(fā)光需要激發(fā)光使得熒光基團達到較高的能量水平，然后發(fā)射出較長波長的發(fā)射光。兩種常見的熒光蛋白：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光400-650nm范圍。但生物體內很多物質在受到激發(fā)光激發(fā)后，也會發(fā)出熒光，產(chǎn)生的非特異性熒光會影響到檢測靈敏度。特別是當發(fā)光細胞深藏于組織內部，則需要較高能量的激發(fā)光源，也就會產(chǎn)生很強的背景噪音。生物發(fā)光成像相對于熒光成像，其靈敏度高。作為體內報告源，生物發(fā)光較之熒光的優(yōu)點之一為不需要激發(fā)光的激發(fā),它是以酶和底物的特異作用而發(fā)光,且動物體自身不會發(fā)光，這樣生物發(fā)光就具有極低的背景。雖然熒光信號遠遠強于生物發(fā)光，但極低的自發(fā)光水平使得生物發(fā)光的信噪比遠高于熒光。另外,生物發(fā)光信號可以方便計量，即便標記細胞在動物體內有復雜的定位，亦可從動物體表的信號水平直接得出發(fā)光細胞的數(shù)量。而對于熒光，信號水平取決于發(fā)光細胞的數(shù)量及激發(fā)光的強度，光線穿過的組織對其有強烈的吸收，這使得熒光強度很難計量。由于熒光素酶在表達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**）的反應探針?？筛鶕?jù)兩者所具有的特點以及實驗要求如組織的光學條件（報告源的深度、體積及組織吸光度等），選擇所適合的發(fā)光探針。（待續(xù)）
