一、 技术简介
活体生物荧光成像技术(in vivo bioluminescence
imaging)是近年来发展起来的一项分子、基因表达的分析检测系统。它由敏感的CCD及其分析软件和作为报告子的荧光素酶(luciferase)以及荧光素(luciferin)组成。利用灵敏的检测方法，让研究人员能够直接监控活体生物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据,
得到多个时间点的实验结果。相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点,
在刚刚发展起来的几年时间内，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。
二、 原理
活体生物荧光成像技术是指在小的哺乳动物体内利用报告基因-荧光素酶基因表达所产生的荧光素酶蛋白与其小分子底物荧光素在氧、Mg2+离子存在的条件下消耗ATP发生氧化反应,
将部分化学能转变为可见光能释放。然后在体外利用敏感的CCD设备形成图像。荧光素酶基因可以被插入多种基因的启动子(promoter),
成为某种基因的报告基因, 通过监测报告基因从而实现对目标基因的监测。
生物荧光实质是一种化学荧光,萤火虫荧光素酶在氧化其特有底物荧光素的过程中可以释放波长广泛的可见光光子, 其平均波长为560 nm(460-630
nm), 这其中包括重要的波长超过600 nm的红光成分。 在哺乳动物体内血红蛋白是吸收可见光的主要成分, 能吸收中蓝绿光波段的大部分可见光;
水和脂质主要吸收红外线, 但其均对波长为590-800 nm的红光至近红外线吸收能力较差, 因此波长超过600
nm的红光虽然有部分散射消耗但大部分可以穿透哺乳动物组织被敏感的CCD camera检测到。
三、技术优势
1．无创伤性;
2．可多次重复在不同时间点检测;
3．快速扫描成像(时间少于5 min);
4．可以使实验动物整体成像;
5．同一实验动物体内获得全部时间点的整体数据,用极少的实验动物而迅速获得更全面的数据,大大地节省了时间及经费,减少了不同实验动物之间的个体差异。
四、应用
1． 在肿瘤方面的应用
它可以快速的测量各种癌症模型中肿瘤的生长, 并可对癌症治疗中癌细胞的变化进行实时观测评估;
可以无创伤地定量检测小鼠整体的原位瘤、转移瘤及自发瘤。如Hollingshead 等利用人类胶质瘤细胞系U251构建U251-HRE细胞,
其中的荧光素酶基因表达受可诱导启动子的操控, 低氧状态为其诱导条件, 因此在细胞处于低氧状态下荧光素酶基因开始表达.
将此肿瘤细胞sc于裸鼠体内, 肿瘤增殖早期并无明显荧光素酶表达, 当肿瘤达到了300-500 mg时, 局部组织出现低氧状态,
此时可监测到荧光素酶显著表达. 这种方法不仅仅监测肿瘤本身, 更重要的是可以监测肿瘤细胞所处的微环境.
2． 在监测感染和炎症方面的应用
荧光素酶基因标记病毒和细菌, 利用活体生物荧光成像技术可以检测到，并能连续观察其对机体的侵染过程以及抗病毒药物和抗生素对其病理过程的影响。如Contag et 等用细菌荧光素酶标靶沙门菌, 并用活体生物荧光成像追踪细菌感染.。
3． 活体生物荧光成像技术和细胞示踪
活体生物荧光成像技术还可应用到免疫细胞、干细胞、细胞凋亡等研究领域.。如Costa 等通过活体生物荧光成像可以追踪到T淋巴细胞聚集于中枢神经系统。
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