活体动物体内光学成像技术的研究进展及其应用

活体动物体内光学成像是利用基因改构进行内源性成像试剂或外源性成像试剂标记细胞、蛋白或DNA,从而非侵入性地报告小动物体内的特定生物学事件的技术。活体成像可以直观灵敏地监测基因的表达模式、标记和示踪细胞、探讨蛋白间的相互作用,因而这一技术被广泛地用于分析基因的表达模式、评价基因治疗效果、评估肿瘤的发生和转移、监测移植器官等。简要综述了现有活体动物体内光学成像技术的基本原理、技术进展和相关应用。

活体动物体内光学成像技术的研究进展

生物发光和荧光成像作为近年来新兴的活体动物体内光学成像技术,以其操作简便及直观性成为研究小动物活体成像的一种理想方法,在生命科学研究中得以不断发展。利用这种成像技术,可以直接实时观察标记的基因及细胞在活体动物体内的活动及反应。利用光学标记的转基因动物模型可以研究疾病的发生发展过程,进行药物研究及筛选等。本文综述了现有活体动物体内光学成像技术的原理、应用领域及发展前景,比较了生物发光与几种荧光技术的不同特点和应用。

近红外二区小动物活体荧光成像系统的研制

近年来,小动物活体荧光成像系统被广泛应用于生物医学成像研究.但是,现有的荧光成像系统存在穿透深度有限、图像信噪比低等缺点.因此,利用近红外二区(near-infrared-Ⅱ,NIR-Ⅱ,900—1880 nm)荧光成像技术在生物组织中具有的低吸收、低散射和穿透深度深等优点,研制出一套NIR-Ⅱ小动物活体荧光成像系统,提出了一种荧光图像增强校正方法,并设计生物组织模拟实验和活体动物实验测试该系统的性能和成像效果.实验结果表明,该系统具有穿透深度深、信噪比高、灵敏度高等优点.结合商用的吲哚菁绿试剂和聚集诱导发光染料,该系统可实时监测小鼠体内的血管分布情况,并对深层组织器官进行持续监测,实现活体小鼠清醒状态下的动态监测研究,有助于推动生物医学成像领域的肿瘤研究和药物开发研究等进入一个新阶段.

长时间活体成像的小动物固定解决方案

为解决双光子活体显微成像试验中样本固定的问题,研制了一套适用于多种不同模式的小动物固定装置,能根据动物的大小进行灵活调整适配,可对小动物不同感兴趣区域(如脑部、腹部、四肢等)进行固定,确保成像过程中焦面的稳定,并可以对成像的位置进行定位,保证长时间、多时间节点的稳定成像.装置简单易加工、成本低,能广泛适用,为活体成像提供了一种多功能的活体小动物固定方法,能够帮助研究人员完成大部分麻醉状态下小动物活体试验.

新时期高校小动物活体光学成像系统的使用及管理

当今生命科学与医学的飞速发展很大程度得益于模式动物可以模拟人体的生理和病理特征。小动物活体光学成像系统作为生物医学和生药学领域的重要研究手段,利用灵敏的光学检测技术,能够对生物体内的细胞/基因行为进行实时、无创监测,对疾病的发生发展、临床诊疗及药物研发具有重要指导价值。“十四五”规划伊始,基础科学研究面临新需求,挑战与机遇并存。以南京大学医药生物技术全国重点实验室配备的小动物活体光学成像系统为例,结合社会发展新形势和疫情防控常态化的现状,首次从仪器使用和仪器管理两方面进行综合性阐述,以期对高校仪器平台中该类仪器的高效利用和规范管理提供新思路。

通过活体动物光学成像系统建立乳腺癌动物模型

目的:通过活体动物光学成像系统建立稳定表达荧光素酶的乳腺癌裸鼠移植瘤模型。方法:用脂质体包裹带有neo抗性基因及荧光素酶报告基因的真核表达质粒pGL4.17[luc2/neo],体外转染人乳腺癌细胞株MCF-7,将获得稳定表达荧光素酶的乳腺癌细胞株(MCF-7-luc)进行皮下接种BALB/c裸鼠及尾静脉接种SCID小鼠,建立BALB/c裸鼠皮下移植瘤模型和SCID小鼠尾静脉移植瘤模型,通过活体成像系统监测体内肿瘤的生长及转移情况。结果:经过筛选得到1个能够用于建立裸鼠皮下移植瘤模型及SCID小鼠尾静脉移植瘤模型的稳定表达荧光素酶的乳腺癌细胞株,并成功建立了乳腺癌裸鼠皮下移植瘤模型及SCID小鼠尾静脉移植瘤模型。结论:通过活体动物光学成像系统成功获得的稳定表达荧光素酶的乳腺癌皮下移植瘤和尾静脉移植瘤模型,为人乳腺癌的相关研究提供了一个直观、方便、灵敏和可靠的平台。

两种代谢法荧光标记牙龈卟啉单胞菌及其在活体成像中的效果比较

目的探讨两种代谢法荧光探针对牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,Pg)的影响,并比较两种荧光探针标记的Pg在小动物活体成像中的应用效果。方法本研究通过单位伦理委员会审查及单位实验生物医学伦理委员会实验动物福利伦理分会批准。Pg通过生物正交反应整合四酰化N-叠氮基乙酰半乳糖胺(N-azidoacetylgalactosamine,Ac4GalNAz),再通过点击化学反应实现了Cy5-二苯并环辛炔(Cy5-Dibenzocyclooctyne,Cy5-DBCO)、Cy7-DBCO标记。根据细菌不同标记状态进行分组:Pg组(对照,未经荧光标记的Pg)、Cy5-Pg组(Cy5-DBCO标记的Pg)、Cy7-Pg组(Cy7-DBCO标记的Pg)。细菌活死染色试剂盒检测Pg、Cy5-Pg、Cy7-Pg的活性;Pg、Cy5-Pg、Cy7-Pg分别刺激人牙龈成纤维细胞(human gingival fibroblast,HGF)后检测HGF白介素-6(interleukin-6,IL-6)、IL-8的mRNA水平和HGF增殖能力;与大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)共培养检测荧光标记的Pg的稳定性;用小动物活体成像系统(in vivo imaging system,IVIS)检测系列浓度梯度的Cy5-Pg、Cy7-Pg的荧光强度。最后,将Cy5-Pg、Cy7-Pg分别经口灌饲给C57BL/6J小鼠,IVIS分别检测Cy5或Cy7信号强度,计算信噪比。结果代谢法可以被应用于活的Pg的荧光标记,Cy5、Cy7标记Pg的最佳浓度分别为20μmol/L、30μmol/L。Pg、Cy5-Pg、Cy7-Pg中活死细菌所占面积比值分别为1.86、1.85、1.88(F=0.318,P>0.05)。Cy5-Pg、Cy7-Pg、Pg刺激HGF 6 h后,HGF的IL-6、IL-8 mRNA水平分别比Ctrl组(无细菌刺激组)升高了7.86、7.46、6.56倍(IL-6,F=40.886,P<0.001)和12.43、13.03、13.71倍(IL-8,F=18.781,P<0.01),3个实验组间无明显差异(P>0.05)。Cy5-Pg、Cy7-Pg、Pg以不同MOI(multiplicity of infection)刺激HGF,与Ctrl组(无细菌刺激组)相比,HGF的增殖能力均显著下降(MOI=10~4∶1,F=153.52,P<0.001;MOI=10~5∶1,F=331.21,P<0.001;MOI=10~6∶1,F=533.65,P<0.001),3个实验组间差异无统计学意义(P>0.05)。Cy5-Pg或Cy7-Pg与E.coli共培养的24 h内,仅有非常少的E.coli被标记上荧光,且3 h内荧光强度几乎无衰减。Cy5-Pg、Cy7-Pg的荧光强度与浓度呈正线性相关(R2=0.97)。Cy5-Pg或Cy7-Pg灌饲至小鼠体内后,在1 h、3 h时,Cy7-Pg在小鼠腹部成像的信噪比分别为Cy5-Pg的4.24倍(t=6.893,P<0.01)、3.77倍(t=4.407,P<0.05);Cy7-Pg在分离出的胃肠道内成像的信噪比为Cy5-Pg的5.19倍(t=4.418,P<0.05)。结论代谢法荧光标记不影响Pg的活性、免疫调节能力和毒性。在小动物活体成像中Cy7具有比Cy5更好的成像效果,为研究牙周炎和全身疾病的联系提供了实验基础。

双光子显微镜在小动物活体光学成像中的研究进展

双光子显微镜结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术。双光子荧光显微镜具有光损伤小、漂白区域小、穿透能力强、高分辨率、荧光收集率高、图像对比度高、可实现暗场成像、适合多标记复合测量等多种特点,可应用于小动物活体光学成像,在肿瘤免疫治疗、基因治疗、干细胞研究、药物筛选与评价、活体脊髓损伤成像等领域研究中有广泛应用。

活体内光学成像技术在乳腺癌研究中的应用

活体内光学成像是近年来发展起来的一种新兴技术,本文就该技术的成像原理、成像过程和特点以及在乳腺癌研究领域的应用作一综述。

小动物活体成像技术研究进展

随着小动物成像技术的发展,活体小动物非侵袭性成像在临床前研究中发挥着越来越重要的作用。本研究围绕可见光成像、核素成像、核磁共振成像、计算机断层摄影成像和超声成像等5种小动物成像技术,总结其特点及主要应用,比较各种技术的优势和劣势,并讨论小动物活体成像技术的发展趋势。

利用小动物活体成像技术检测心肌梗死后炎症的进程

目的:利用小动物活体成像技术连续动态评估,同一只鼠心肌梗死后心脏炎症进程的方法。方法:40只成年雄性用荧光素酶标记转录因子NF-κB(NFκB-RE-luc)小鼠,按随机数字表分为对照组和心肌梗死组,每组各20只;心肌梗死组开胸结扎小鼠冠状动脉前降支,对照组只给予开胸处理。分别于术前及术后1天、3天、5天、7天、14天及28天检测NF-κB的转录活性。于3天时,收10只对照组小鼠,CBA检测外周血清中炎症因子MCP-1、TNF-α及IL-6的表达,荧光定量PCR检测心肌梗死后心脏组织中的炎症因子MCP-1、TNF-α及IL-6的表达。手术后28天,超声心动检测小鼠心功能;心脏组织病理切片,Masson三原色法检测心肌梗死后28天心脏胶原沉积。结果:28天心肌梗死组的病理切片染色和超声心动结果均证明心肌梗死模型造模成功。利用小动物活体成像检测到NF-κB转录活性的动态变化:心肌梗死后1天、3天、5天及7天后NF-κB表达水平与心肌梗死前相比明显升高[(255 400 000±31 280 000),(459 300 000±64 210 000),(461 000 000±73 830 000),(380 000 000±41 000 000)vs.(77 280 000±10 750 000)p/s,P<0.005)。心肌梗死术后3天心脏组织炎症因子MCP-1、TNF-α及IL-6的mRNA表达和血浆中的炎症因子MCP-1、TNF-α及IL-6的水平均明显升高。结论:利用小动物活体成像技术可以活体检测小鼠心肌梗死后心脏炎症过程。

实验性肿瘤细胞转移动物模型的活体成像观察

目的利用小动物活体成像系统观察肿瘤细胞在动物体内的转移情况。方法分别将不同浓度的绿色荧光蛋白（GPF）和荧光素酶（luciferase，Luc）双标的SMMC－7721细胞接种入裸小鼠尾静脉和脾，建立实验性转移动物模型，采用活体成像技术监测不同浓度的细胞在小鼠体内的转移情况，动态观察同一细胞于不同时间点在小鼠体内的转移情况。结果成功建立了尾静脉接种肺转移及脾内接种肝转移的实验性转移动物模型，经小动物活体成像系统检测发现，随着接种细胞浓度的增加，荧光素的表达面积和强度逐渐增加，二者呈正比关系；随着接种时间的延长，荧光素的表达面积和强度逐渐减弱，二者呈成反比关系。结论活体荧光成像系统可较好地观测肿瘤在动物体内深部脏器的转移情况，它将为肿瘤转移机制、抗转移治疗等研究提供有益的帮助。

小动物活体成像技术的应用

小动物活体成像技术在国内外得到越来越多的普及应用,极大地促进了生命科学特别是肿瘤研究的发展。本文就小动物活体成像技术的原理、标记方法和实际应用做简单介绍。

针灸基础实验领域中小动物活体成像技术的应用与研究现状

随着影像技术的发展,小动物活体成像技术在生物医药研究中应用越来越广,为探索针灸治病机制、经络实质和腧穴的特异性提供了更有效的研究工具。围绕活体成像技术,介绍医学研究中应用较广泛的活体成像技术的特点及其在针灸基础实验领域中应用所取得的相关研究成果,使针刺研究在活体可视化的状态下,更加客观的揭示针刺的作用机制,消除了过去多次试验过程中所产生的个体差异的误差,为影像技术在针刺研究中找到更好的契合点提供了些许帮助,并讨论影像技术在针灸中的发展趋势。

小动物体内可见光三维成像技术研究进展

活体动物体内可见光成像是采用生物发光和荧光为标记物,利用灵敏的仪器来监控活体动物体内的细胞活动、蛋白表达情况和基因行为。近年来,可见光成像在生物医学的各个方面得到了广泛的应用。随着成像技术和检测仪器的不断发展,现已从平面二维成像逐渐发展为立体三维成像。三维成像技术在靶点的空间定位、与器官的关系,及绝对定量方面都有了很大的进展。本文就三维成像技术的原理、应用和发展前景进行了简要的综述。

三维重建超声组织多普勒成像测量左室功能:活体动物实验研究

目的 用三维重建超声组织多普勒成像 ( 3DTDI)方法 ,研究左室壁运动特点及左室不同部分的射血分数(EF)。方法 用重建的 3DTDI的方法 ,对 8只心尖部心肌梗死的活体羊模型在四种不同的血流状态下进行左室壁运动的测定和左室不同部分的EF测量。结果 在四种不同的血流状态下 ,左室梗塞区域的室壁运动振幅明显低于正常部分 (P<0 .0 0 1) ,整个左室、左室正常部分的EF明显高于梗塞部分 (P <0 .0 0 1) ,左室正常部分的EF明显高于整个左室 ( 0 .0 0 0 1<P <0 .0 3 9)。结论 重建的 3DTDI提供了一系列动态空间组织多普勒数据确定室壁异常运动区 ,并能测量左室不同部分的EF ,在缺血性心脏疾病中 ,它有助于非侵入性心脏功能的估测。

小动物活体成像系统的使用与维护

阐述小动物活体成像系统的工作原理及主要功能,提出小动物活体成像系统的使用及维护。

光学活体成像联合MRI在肺癌荷瘤小鼠诊断中的应用

目的 :探讨光学活体成像、扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)及动态增强磁共振成像(dynamiccontrast enhanced MRI,DCE-MRI)在肺癌动物模型肿瘤诊断中的应用价值。方法 :将绿色荧光蛋白(green fluorescentprotein,GFP)标记的人肺癌细胞系NCI-H460皮下接种裸鼠(n=6),在接种后第7、12、16天进行光学活体成像,采集荧光信号;随后分别进行DWI及DCE-MRI扫描,获得表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值及血管功能参数值。结果:在接种后第7天光学活体成像即可检出肿块荧光信号;随着肿瘤体积增大,第12、16天时荧光信号强度增强,肿瘤组织生理功能和代谢水平开始活跃,ADC值及血管功能参数值也有所升高。结论:联合光学及磁共振成像能够评价肿瘤形态、微环境变化及血管功能,为临床肿瘤的诊断与治疗提供重要依据。

多模式小动物活体成像系统在本科生创新实践中的使用与开发

多模式小动物活体成像系统广泛应用于高校科研实验室的活体动物检测研究,为癌症的发生及发展、基因治疗和免疫学及分子生物学等相关研究领域提供直观的活体侦测手段.结合多年的多模式小动物活体成像系统的使用,总结了多模式小动物活体成像系统的使用经验,并探讨了多模式小动物活体成像系统在大学生创新实践中的应用.旨在提高多模式小动物活体成像系统的使用效率,并拓宽多模式小动物活体成像系统的实验资源.

荧光探针与高信噪比活体荧光成像

荧光探针基于荧光染料功能化修饰,实现对生物大分子、活性氧物种、活性硫物种、金属离子等物质的荧光 检测。其非破坏性标记和检测属性使得他们在生命科学领域研究中备受青睐。近年来,随着染料精细化工、有机 合成化学和荧光成像技术的共同创新,荧光成像在活体原位标记中不断取得新突破,有力地推动了活体荧光成像 技术从基础研究向临床前应用迈进。本文中,我们将从荧光探针的基本概念出发,结合我们团队和其他同行的代 表性研究成果,讨论荧光探针与活体荧光成像信噪比的相关性,展望其在促进生命科学领域分子水平认知的应用 前景。