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.

活体小动物Micro-CT动态评价大鼠股骨牵张成骨

[目的]利用活体小动物Micro-CT可连续观察大鼠股骨牵张成骨(distraction osteogenesis,DO)的优点,观察DO的不同时期骨愈合的模式,为寻找加速DO的愈合速度和带架方法提供指导。[方法]通过应用自行研制的大鼠股骨DO外固定架系统,对12只大鼠制备股骨DO模型,术后截骨端加压固定7d(静息期),第8d开始按0.25mm/12h的速度牵引延长共14d,延长7mm(延长期)。术后第21d延长结束后,用可透X线的高分子夹板材料替换金属外固定架,再固定35d(巩固期)。术后第28、42d分别处死2只大鼠用于组织学检查,其余8只大鼠分别于术后第21、28、42、56d麻醉后行X线及活体Micro-CT检查,并于术后56d取材,对其中5只行生物力学测试,余3只用于组织学检查。[结果]在DO静息期及延长期,延长区无明显新骨形成,延长区内主要为由纤维样组织组成的假性生长板结构。在巩固期前期(21d以内)主要为骨量的增加,表现为骨矿含量增加,骨小梁数量增多;巩固期21d以后,骨量仍持续增加,同时骨的质量也开始明显提高,表现为骨小梁增厚,已矿化组织矿化度提高。在术后56d(延长结束后5周)后,延长区内仍处于成骨和骨结构的改建中,假性生长板基本消失,未骨化的软骨组织依然存在。术后56d,DO侧股骨的最大扭矩及失效能量均小于健侧股骨。[结论]①在大鼠股骨DO延长结束后应用可透X线的高分子夹板固定牵引针可以获得稳定的固定;②改进大鼠股骨DO模型的固定方式后,Micro-CT可用于活体动态观察及评价其新骨形成;③长骨牵张成骨中骨量的增加自延长结束后开始,持续5周以上,骨质量的改建在延长结束后2～3周才开始,二者的发生具有时相性,提示相应的干预手段应在不同的时期进行;④对DO的全面观察应长于术后56d或延长结束后5周。

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。

研究活体小动物中蛋白质-蛋白质之间相互作用的新生物技术

在生物反应以及细胞内信号转导过程中,蛋白质-蛋白质之间的相互作用(Protein-protein interactions,PPIs)发挥着重要作用。了解PPIs的特征有助于理解蛋白质分子间的作用机制,理解各种疾病发病的分子机理。该文主要介绍在活体动物中检测特异性PPIs的新生物技术,它利用非侵入性小动物活体成像系统检测方式,实现了对活体小动物中深层组织高灵敏的成像显示,更有利于在小动物活体水平上理解PPIs的分子机制。

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。

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.

小动物活体成像法评价硝呋替莫对人源性神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y肾转移瘤模型裸鼠的治疗作用

目的评价硝呋替莫(nifurtimox)对人源性神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y裸鼠肾转移瘤的治疗作用。方法采用MTT法测定硝呋替莫对SH-SY5Y细胞增殖的抑制作用;使用由本实验室构建的稳定表达萤火虫荧光素酶(luc2)和绿色荧光蛋白(GFP)的SH-SY5Y细胞,荧光显微镜下观察硝呋替莫对SH-SY5Y(luc2/GFP)细胞的生长抑制;建立荷SH-SY5Y细胞的nu/nu裸鼠肾转移瘤动物模型,使用IVIS Spectrum CT成像系统体外检测活细胞与发光强度的相关性,并监测动物模型体内肿瘤生长状况,主要依据发光强度评价该药体内抗肿瘤效果。结果 MTT结果显示,硝呋替莫可明显抑制SH-SY5Y(luc2/GFP)细胞增殖,IC_(50)值为(25.88±1.48)～(26.74±1.27)mg/L;荧光显微镜下也同样观测到硝呋替莫显著抑制SH-SY5Y(luc2/GFP)细胞的生长;IVIS Spectrum CT检测体外细胞显示,活细胞数与发光强度呈正相关(R^2=0.99749);体内实验表明,该药能显著延缓肾转移瘤SH-SY5Y(luc2/GFP)模型裸鼠的疾病进展、缓解其体质恶化,其对裸鼠生物发光强度抑制率和荷瘤鼠的抑瘤率呈现明显的剂量效应关系,最大抑制率分别为86.4%和71.8%。与阳性药替莫唑胺治疗组相比,硝呋替莫各治疗组的综合治疗优势更为显著。结论通过体内外实验结果的综合分析,证实硝呋替莫对SH-SY5Y(luc2/GFP)肾转移瘤模型裸鼠具有良好的治疗作用。

高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用

探讨高校大型仪器小动物活体成像系统在研究生科研和实验教学中的运用,总结现阶段小动物活体成像系统在本校教学和科研中的运用,提出更为合理的实验教学内容以及更好为广大师生科研提供服务的方法。使小动物活体成像系统得到更为合理充分的利用。

小动物活体成像仪操作训练虚拟仿真软件的构建及其在教学中的应用

目的:为满足小动物活体成像技术应用与操作研究生选修课的实验教学需求,构建一种小动物活体成像仪操作训练虚拟仿真软件。方法:小动物活体成像仪操作训练虚拟仿真软件采用MAYA、3D Max等软件搭建其实验环境,通过三维建模的方式制作实物效果图,运用SAI、AI、Photoshop等软件绘制二维素材,结合Flash Max、Flash Builder以及Unity3D等高级程序语言进行交互式动作的设计。该软件包括背景知识、仪器简介、实验模拟和课后巩固4个模块。将该软件应用于"课前—课中—课后"每一个环节,并通过问卷调查的方式对该软件的教学效果进行评价。结果:采用该软件辅助教学有利于学生掌握小动物活体成像仪的操作,提高了学生的主观能动性和参与积极性,提升了教学效果。结论:该软件的应用有助于小动物活体成像技术应用与操作研究生选修课程的实验教学,开拓了虚拟仿真软件实验教学新模式。

利用小动物活体成像技术快速评价药物的抗肿瘤作用研究

目的通过小动物活体成像系统观察带有荧光标记的肿瘤细胞在裸鼠体内的生长变化,以快速评价药物的抗肿瘤效果。方法裸鼠皮下接种HepG2-Luc+肿瘤细胞,设为模型对照组,吉非替尼组(100 mg/kg)、环磷酰胺组(30 mg/kg)、Copen酸组(100 mg/kg)。观察HepG2-Luc+肿瘤细胞在不同组别中的生长情况。结果与模型对照组的荧光值相比吉非替尼组和环磷酰胺组均有明显的减少,与Copen酸组相比未见明显差异。结论小动物活体成像技术可能成为抗肿瘤药物快速、有效的筛选和评价方法。

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。

信息化平台在大型仪器小动物活体成像系统管理中的应用

大型仪器在高校教学和科研中发挥着重要作用,信息化平台为高校大型仪器的管理提供了新思路。以大型仪器小动物活体成像系统为例,利用信息化平台进行线上教学,制作虚拟仿真操作训练软件,开发仪器预约管理系统,丰富了大型仪器的培训方式,提高了大型仪器的使用效率,为大型仪器的管理提供参考。

活体成像观察Ascl2-RNAi对结肠癌HT-29细胞裸鼠移植瘤生长的影响

目的小动物活体成像直观观察转录因子Ascl2对结肠癌HT-29细胞裸鼠移植瘤生长的影响。方法构建Ascl2的shRNA干扰质粒,对人结肠癌HT-29细胞进行瞬时转染48 h,G418筛选、克隆挑取、扩增培养建立稳定转染的细胞系,采用小动物活体成像仪直观观察Ascl2-RNAi对裸鼠移植瘤生长的影响。结果成功构建Ascl2的shRNA干扰质粒,并进行测序验证;质粒转染HT-29细胞,经G418筛选后挑选稳定转染的克隆,进行扩增培养,成功建立稳定转染的细胞系,命名为shRNA-Ascl2/HT-29和shRNA-control/HT-29细胞,并采用Western-blot证实干扰效果(P<0.01);采用小动物活体成像仪直观观察发现Ascl2-RNAi抑制HT-29细胞裸鼠移植瘤的生长。结论 Ascl2-RNAi导致结肠癌HT-29细胞体外致瘤能力下降,小动物活体成像技术直观、灵敏度高、实验成本低,值得进一步推广应用。

利用小动物成像技术在体非创评估小鼠胰岛B细胞容量

目的利用在小鼠胰岛素2启动子(MIP)后携带有串联三联报告基因(TF,其中包含荧光素酶报告基因)的转基因(MIP-TF)小鼠,通过活体成像系统对其生理和病理状态下的胰岛B细胞容量进行在体评估,从而建立基于该小鼠的对胰岛B细胞进行在体追踪的小动物活体成像平台。方法 MIP-TF小鼠购自美国Jackson实验室。葡萄糖耐量实验(GTT)和葡萄糖刺激的胰岛素分泌实验分别采用小鼠腹腔内注射1.5和3.0g/kg葡萄糖进行。45%高脂饮食(HFD)喂养MIP-TF小鼠制备饮食诱导的肥胖小鼠,200mg/kg链脲佐菌素(STZ)腹腔内注射制备小鼠糖尿病模型。胰腺胰岛素免疫荧光染色用于胰岛B细胞组织学检测,小动物活体成像检测MIP-TF小鼠胰岛B细胞容量。结果普食或HFD喂养的MIP-TF小鼠与同窝野生型小鼠(WT小鼠)间体重和空腹血糖水平的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。GTT和葡萄糖刺激的胰岛素分泌实验结果显示,HFD喂养12周的MIP-TF小鼠与WT小鼠间各时间点的血糖和胰岛素水平的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。MIP-TF小鼠在葡萄糖刺激后,反映胰岛B细胞容量的腹部荧光强度较刺激前增加约1倍,差异有统计学意义(刺激前为74 378.80±23 370.9,刺激后为143 617.50±20 968.65,P<0.05)。HFD喂养MIP-TF小鼠10周后,荧光强度显著增强至普食喂养的MIP-TF小鼠的4倍,差异有统计学意义(普食喂养为479 846.60±103 619.63,HFD喂养为2 014 852.80±345 009.72,P<0.01);胰岛素免疫荧光染色显示,HFD喂养的MIP-TF小鼠的胰岛素阳性面积显著大于普食喂养的MIP-TF小鼠。普食喂养的MIP-TF小鼠注射大剂量STZ(200mg/kg)后,荧光强度明显减弱,甚至完全消失,与注射前的差异有统计学意义(注射前为490 482.20±215 546.18,注射后为0.00±0.00,P<0.01);胰岛素免疫荧光染色也显示,STZ给药的小鼠胰岛素阳性区域几乎完全消失。结论 MIP-TF小鼠胰岛B细胞中特异性表达荧光素酶不影响小鼠的发育和葡萄糖代谢。利用该小鼠进行活体胰岛B细胞容量检测特异性高、敏感性强。该小鼠可作为一种工具动物平台,应用于糖尿病模型中胰岛B细胞容量的动态检测,为国内连续、动态地研究胰岛B细胞容量提供了新途径。

活体成像技术观察胶质瘤荷瘤鼠中过表达SASH1基因的作用

目的 :采用小动物活体成像技术,观察过表达SASH1对荷胶质瘤裸鼠的抗肿瘤生长作用。方法 :将稳定表达GFP绿色荧光蛋白及荧光素酶报告基因(luciferase)的胶质瘤SHG-44细胞接种于裸鼠皮下,待成瘤后,将ADV4-SASH1慢病毒注射入裸鼠肿瘤组织中,对照组注射相同剂量的ADV4-NC空载体对照病毒;1周后,腹腔注射底物荧光素(luciferin),用小动物活体成像仪采集荧光值,分析肿瘤生长情况。结果:过表达SASH1的裸鼠中有70%(7/10)肿瘤减小;对照组中有71.4%(5/7)裸鼠肿瘤增加,且有30%(3/10)裸鼠死亡。过表达SASH1 1周后肿瘤大小减小至90%,对照组肿瘤增大至166%。结论:本实验表明活体成像技术可以实时观察荷瘤鼠异位接种的胶质瘤体的生长情况,初步结果表明在胶质瘤体中过表达SASH1基因可以抑制肿瘤的生长。

二氢卟吩e6在艾氏荷瘤小鼠体内的分布

目的研究二氢卟吩e6(Ce6)在移植瘤小鼠体内吸收、分布及代谢的动态变化,以期为声动力疗法处理不同部位肿瘤的时间点提供科学依据。方法艾氏移植瘤小鼠尾静脉注射Ce6后,利用荧光分光光度法和小动物活体成像技术测定Ce6在小鼠不同组织的富集分布变化规律。结果小鼠尾静脉给药后,Ce6迅速分布于全身各组织,在2 h内,各组织药物浓度均达到峰值,其中以肝含量最高。随后各组织中药物浓度均开始下降,以肝中清除速度最快。肿瘤组织中的Ce6含量在注射后不断上升,2 h时达到最高,随后开始下降,2～10 h代谢比较缓慢,24 h时浓度降至最低,但仍高于其他组织。结论 Ce6在艾氏移植瘤中具有肿瘤组织选择性好、潴留时间长并可迅速从体内排出等优点,有着很好的临床应用前景,同时提出了不同组织类型不同部位的肿瘤应根据各自适当的时间点进行处理。

ICG磁性PLGA纳米粒的制备及其在小鼠体内的脑靶向作用

目的:制备装载近红外荧光探针吲哚菁绿(ICG)的磁性聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米探针,并利用小动物活体成像技术观察ICG磁性PLGA纳米粒的脑靶向作用。方法:取ICG、PLGA和四氧化三铁纳米颗粒采用纳米沉淀法制备ICG磁性PLGA纳米粒,采用激光粒度分析仪检测其粒径、聚合物分散性指数(PDI)及Zeta电位分布,采用透射电镜观察其外貌和粒径大小,采用紫外可见吸收光谱法和原子吸收分光光度法测定ICG和四氧化三铁纳米粒的包封率和载药量;取NOD/SCID gamma(NSG)小鼠4只,其中头部放置和不放置磁铁各2只,同时尾静脉注射ICG磁性PLGA纳米粒后,采用小动物荧光成像仪观察活体及取脑前后活体动物、离体脑部的荧光成像,并利用系统自带的分子成像软件对离体脑部的近红外荧光进行定量分析。结果:本实验制备得到球形ICG磁性PLGA纳米粒,粒径为(172.77±2.14)nm,PDI为(0.225±0.015),Zeta电位为(-4.18±0.67)m V,ICG和四氧化三铁纳米粒的包封率分别为61.8%和40.1%,载药量分别为0.165%和0.042%;小动物活体荧光成像仪结果显示,ICG磁性PLGA纳米粒在磁场作用1 h后向NSG小鼠头部聚集;取脑部组织定量分析结果表明,经磁场作用的ICG磁性PLGA纳米粒在NSG小鼠头部的荧光强度约为无磁场作用NSG小鼠的1.2倍。结论:成功制备得到符合动物实验要求的球形ICG磁性PLGA纳米粒,且在磁场作用下具有一定的脑靶向作用。

近红外小动物活体荧光成像系统的研制

小动物活体荧光成像系统是研究现代生物医学的有力手段之一,但是现有的荧光成像系统穿透深度低、信噪比不高,严重制约了荧光成像技术在生物医学中的应用。利用近红外Ⅱ区光(1000～1350nm)在生物组织中的穿透深和成像信噪比高的特点,研制出了一套高性能的近红外小动物活体荧光成像系统。模拟实验表明:该系统具有信噪比高(57dB)和穿透深度深(大于10mm)的特点。通过利用该近红外小动物活体荧光成像系统对静脉注射有Ag2S量子点(荧光发射波长为1200nm)的小鼠进行观察,获得了小鼠全身血管网络及深层组织器官的高分辨率图像。

微型CT在小动物成像中的应用

微型CT已成为生物医学工程领域一种重要的研究工具。它具有分辨率高、成像时间短,低成本等诸多优点,在骨结构、血管(比如,肿瘤血管)、肺癌等研究中应用广泛。本文详细阐述了锥形束微型C T系统在小动物成像中的典型应用。随着相关硬件技术的发展和各种造影剂的应用,微型CT将在小动物组织形态学和功能研究中发挥巨大作用。