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小动物活体成像技术

日期:2021-08-13浏览:215次

分子成像的发展:       

       1999年,美国哈佛大学Weissleder等人提出了分子影像学(molecular imaging)的概念——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赖于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化,而不是了解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。这种从非特异性成像到特异性成像的变化,为疾病生物学、疾病早期检测、定性、评估和治疗带来了重大的影响。

       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、小动物成像设备的发展等诸多因素。分子成像技术可用于——研究观测特异性细胞、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、发展和治疗影响跟踪。

分子成像的特点:

        分子成像和传统的体外成像或细胞培养相比有着明显优点。首先,分子成像能够反映细胞或基因表达空间和时间分布,从而了解活体动物体内的相关生物学过程、特异性基因功能和相互作用。第二,由于可以对同一个研究个体进行长时间反复跟踪成像,既可以进步数据的可比性,避免个体差异对试验结果的可影响,又不需要杀死模式动物,节省了大笔科研用度。第三,尤其在药物开发方面,分子成像更是具有划时代的意义。根据统计结果,由于进进临床研究的药物中大部分由于安全题目而终止,导致了在临床研究中大量的资金浪费,而分子成像技术的问世,为解决这一困难提供了广阔的空间,将使药物在临床前研究中通过利用分子成像的方法,获得更具体的分子或基因述水平的数据,这是用传统的方法无法了解的领域,所以分子成像将对新药研究的模式带来革命性变革。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,对表型进行直接观测和(定量)分析。


分子成像的应用领域:

       癌症与抗癌药物研究 ,免疫学与干细胞研究,细胞凋零,病理机制及病毒研究,基因表达和蛋白质之间相互作用,转基因动物模型构建,药效评估,药物甄选与预临床检验,药物配方与剂量管理,肿瘤学应用,生物光子学检测,食品监督与环境监督等。


小动物活体成像的基本原理:

光学原理:

      荧光发光是通过激发光激发荧光基团到达高能量状态,而后产生发射光。同生物发光在动物体内的穿透性相似,红光的穿透性在小动物体内比蓝绿光的穿透性要好,随着发光信号在体内深度的增加,波长越接近900nm的光线穿透能力越强,同时科消减背景噪音的干扰,近红外荧光为观测生理指标的最佳选择。在实验条件允许的条件下,应尽量选择发射波长较长的荧光蛋白或染料。

 标记原理:活体荧光成像技术主要有三种标记方法。

       1、荧光蛋白标记:荧光蛋白适用于标记细胞、病毒、基因等,通常使用的是GFP、EGFP、RFP等。

       2、荧光染料标记:荧光染料标记和体外标记方法相同,常用的有Cy3、Cy5、Cy5.5及Cy7等,可以标记抗体、多肽、小分子药物等。

       3、量子点标记:量子点是一种能发射荧光的半导体纳米微晶体,主要应用在活细胞实时动态荧光观察与成像。


注意事项:

        荧光发光需要激发光,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。生物发光作为体内报告源,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。对于不同的研究,可根据两者的特点以及实验要求,选择合适的方法。



        


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