活體生物發(fā)光成像技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

    活體生物發(fā)光成像技術(shù)是一項(xiàng)在某些領(lǐng)域有不可替代優(yōu)勢(shì)的技術(shù)，比如腫瘤轉(zhuǎn)移研究、藥物開(kāi)發(fā)、基因治療、干細(xì)胞示蹤等方面。

1．腫瘤學(xué)

    活體生物發(fā)光成像技術(shù)能夠讓研究人員能夠直接快速的測(cè)量各種癌癥模型中腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移以及對(duì)藥物的反應(yīng)。其特點(diǎn)是*的靈敏度使微小的腫瘤病灶（少到幾百個(gè)細(xì)胞）也可以被檢測(cè)到，比傳統(tǒng)方法的靈敏度大大提高了；非常適合于腫瘤體內(nèi)生長(zhǎng)的定量分析；避免由于宰殺老鼠而造成的組間差異；節(jié)省動(dòng)物成本。由于以上特點(diǎn)，使基于轉(zhuǎn)移模型、原位模型、自發(fā)腫瘤模型等方面的腫瘤學(xué)研究得到發(fā)展。建立腫瘤轉(zhuǎn)移模型，可以觀察腫瘤轉(zhuǎn)移情況，進(jìn)一步探討腫瘤轉(zhuǎn)移的機(jī)制；可進(jìn)行原位接種，觀察原位以及原位轉(zhuǎn)移模型，使腫瘤學(xué)研究更接近腫瘤臨床發(fā)病的微觀環(huán)境；通過(guò)建立自發(fā)腫瘤模型，可以觀察腫瘤發(fā)生機(jī)理。

2．藥物研究

    在藥效學(xué)評(píng)價(jià)方面，熒光素酶癌癥模型可用于癌癥體內(nèi)用藥在整體動(dòng)物水平上進(jìn)行長(zhǎng)期療效跟蹤觀察。利用無(wú)創(chuàng)傷活體成像對(duì)癌細(xì)胞生長(zhǎng)的檢測(cè)，可對(duì)癌癥治療之前和過(guò)程中的癌細(xì)胞的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)和評(píng)估。這種方式提供一個(gè)很好的對(duì)癌細(xì)胞的反應(yīng)和復(fù)發(fā)評(píng)估的預(yù)診斷途徑。用活體成像的方法比傳統(tǒng)技術(shù)有更高的靈敏度，當(dāng)用傳統(tǒng)的方法還不能檢測(cè)到瘤塊時(shí)，用該技術(shù)已經(jīng)可以檢測(cè)到很強(qiáng)的信號(hào)。由于該技術(shù)只是檢測(cè)活細(xì)胞，不能檢測(cè)已經(jīng)凋亡的細(xì)胞。而用傳統(tǒng)的方法，不能區(qū)別正常細(xì)胞與凋亡的細(xì)胞，所以該技術(shù)可以比傳統(tǒng)技術(shù)更早更靈敏的發(fā)現(xiàn)藥物的療效。

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

    在藥劑學(xué)研究方面，可以通過(guò)把熒光素酶報(bào)告基因的質(zhì)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(nèi)分布規(guī)律。在藥理學(xué)方面，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)基因小鼠的應(yīng)用，觀察藥物作用的通路，用熒光素酶基因標(biāo)記某一個(gè)興趣基因，觀察藥物作用的通路。

3．基因治療

    基因治療是將正?；蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^(guò)一定方式導(dǎo)入靶細(xì)胞以糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用，從而達(dá)到治療疾病目的。目前，基因治療主要是以病毒做載體，可應(yīng)用熒光素酶基因作為報(bào)告基因加入載體，觀察目的基因是否到達(dá)動(dòng)物體內(nèi)的特異組織和是否持續(xù)表達(dá)，這種非侵入方式具有低毒性及免疫反應(yīng)輕微等優(yōu)點(diǎn)且可以直接實(shí)時(shí)觀察，了解病毒或載體侵染的部位和時(shí)域信息；熒光素酶基因也可以插入脂質(zhì)體包裹的DNA分子中，用來(lái)觀察脂質(zhì)體為載體的DNA運(yùn)輸和基因治療情況；也可以表達(dá)熒光素酶基因的質(zhì)粒裸DNA為模型DNA，直接注入動(dòng)物體內(nèi)，利用生物發(fā)光成像可以分析不同載體、不同注射位點(diǎn)、不同注射量對(duì)熒光素酶基因表達(dá)的影響，同時(shí)也可以時(shí)空量化分析基因表達(dá)的分布、水平和持續(xù)時(shí)間。這種可視的方法直觀地評(píng)價(jià)DNA的轉(zhuǎn)染效率和表達(dá)效率，在基因治療研究中具有重要的指導(dǎo)作用。

4．干細(xì)胞及免疫學(xué)

    用熒光素酶標(biāo)記干細(xì)胞有以下幾種方法：一種是標(biāo)記組成性表達(dá)的基因，做成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，干細(xì)胞就被標(biāo)記了，若干細(xì)胞移植到另外動(dòng)物體內(nèi)，可以用活體生物發(fā)光成像技術(shù)示蹤干細(xì)胞在體內(nèi)的增殖、分化及遷徙的過(guò)程；另外一種方法是用慢病毒直接標(biāo)記干細(xì)胞后，移植到體內(nèi)觀測(cè)其增殖、分化及遷徙過(guò)程，研究其修復(fù)、治療損傷或缺陷部分的效果，進(jìn)一步探討其機(jī)制。
 
    可以通過(guò)標(biāo)記免疫細(xì)胞，觀察免疫細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞等的識(shí)別和殺死功能，評(píng)價(jià)免疫細(xì)胞的免疫特異性、增殖、遷移及功能等；通過(guò)標(biāo)記異體細(xì)胞，觀察異體細(xì)胞對(duì)器官移植影響；也可進(jìn)行一些關(guān)于免疫因子的研究等。

5．基因表達(dá)模式與基因功能研究

    研究基因表達(dá)可以從影響基因表達(dá)的各個(gè)不同的層面進(jìn)行相關(guān)的研究，如利用融合蛋白（p27-luc融合蛋白研究其在Cdk細(xì)胞分裂周期的表達(dá)），興趣基因啟動(dòng)子控制的熒光素酶（Catenin在腫瘤轉(zhuǎn)移的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制），siRNA方式和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物等方法。
 
    為研究目的基因是在何時(shí)、何種刺激下表達(dá)，將熒光素酶基因插入目的基因啟動(dòng)子的下游，并穩(wěn)定整合于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物染色體中，形成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型。通過(guò)這種方法實(shí)現(xiàn)熒光素酶和目的基因的平行表達(dá)，從而可以直接觀察目的基因的表達(dá)模式，包括數(shù)量、時(shí)間、部位及影響其表達(dá)和功能的因素等；也可用于研究動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中特定基因的時(shí)空表達(dá)情況，觀察藥物誘導(dǎo)特定基因表達(dá)；以及其它生物學(xué)事件引起的相應(yīng)基因表達(dá)或關(guān)閉。

6．蛋白質(zhì)相互作用

    可利用動(dòng)物體內(nèi)生物發(fā)光成像技術(shù)研究活體動(dòng)物體內(nèi)蛋白與蛋白的相互作用。其原理是將分開(kāi)時(shí)都不單獨(dú)發(fā)光的熒光酶的C端和N端分別連接在兩個(gè)不同的蛋白質(zhì)上，若是這兩個(gè)蛋白質(zhì)之間有相互作用，熒光酶的C端和N端就會(huì)被連接到一起，激活熒光素酶的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，在有底物存在時(shí)出現(xiàn)生物發(fā)光。在活體條件下研究藥物對(duì)蛋白質(zhì)相互作用的影響，可以觀察到在體外實(shí)驗(yàn)中無(wú)法模擬的活體環(huán)境對(duì)蛋白質(zhì)相互作用的影響。

7．細(xì)胞凋亡

    利用活體動(dòng)物生物發(fā)光成像技術(shù)，直接觀察活體動(dòng)物體內(nèi)的細(xì)胞凋亡。具體原理是用分子生物學(xué)方法在熒光酶的兩端連接上抑制其發(fā)光的蛋白(如雌激素)，但在其連接處加上caspase (細(xì)胞凋亡時(shí)特異表達(dá)的一種酶)的酶切點(diǎn)。細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)，表達(dá)caspase，切開(kāi)抑制熒光酶發(fā)光的蛋白，使熒光素酶開(kāi)始發(fā)光。

8. 疾病機(jī)理

    可以標(biāo)記與某種疾病密切相關(guān)的基因，做成轉(zhuǎn)基因小鼠，通過(guò)特定的藥物作用或其他條件下該基因表達(dá)的變化，來(lái)推測(cè)該疾病的發(fā)病機(jī)理和藥物對(duì)疾病治療的效果等。