综述与专论: 肝脏免疫的活体显微光学成像研究进展

光学分子成像技术是在活体复杂的组织区域环境内细胞形态、运动与功能研究的最佳手段之一,极大地推进了免疫学的发展．肝脏是机体新陈代谢和解毒的重要器官,也被视为一个免疫器官．解析肝脏免疫基本特性和功能,对防治肝脏疾病以及全身性相关疾病具有重要意义．活体可视化研究肝脏区域生理或者病理状态下免疫应答,提供关键事件的多细胞参与及其彼此交互的时空动态信息,能极大地丰富对肝脏独特免疫反应的认知．本文将重点阐述目前活体肝脏成像的技术与方法以及光学显微成像技术,例如多光子激发显微成像与转盘共聚焦成像在肝脏免疫中的应用,并展望活体肝脏成像今后的发展方向和面临的机遇与挑战．     

肝脏免疫的活体显微光学成像研究进展

光学分子成像技术是在活体复杂的组织区域环境内细胞形态、运动与功能研究的最佳手段之一,极大地推进了免疫学的发展.肝脏是机体新陈代谢和解毒的重要器官,也被视为一个免疫器官.解析肝脏免疫基本特性和功能,对防治肝脏疾病以及全身性相关疾病具有重要意义.活体可视化研究肝脏区域生理或者病理状态下免疫应答,提供关键事件的多细胞参与及其彼此交互的时空动态信息,能极大地丰富对肝脏独特免疫反应的认知.本文将重点阐述目前活体肝脏成像的技术与方法以及光学显微成像技术,例如多光子激发显微成像与转盘共聚焦成像在肝脏免疫中的应用,并展望活体肝脏成像今后的发展方向和面临的机遇与挑战.     

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。     

活细胞成像

活细胞成像又叫作生物成像或者录像显微镜。其特征在于研究手段和测定对象。手段是显微镜或者照相机等成像器材,对象是活细胞的活动。根据测定对象的不同,或者是器官中（in vivo）,或者是培养细胞,或者是细胞中部分的细胞器、蛋白质．分别叫作生物体水平、细胞水平、分子水平。     

半胱氨酸参与生物体重金属抗性的研究进展

半胱氨酸(Cys)是生物体硫酸盐同化途径的终产物,广泛存在于生物体内。生物体将氧化态硫吸收并还原后固定到半胱氨酸分子中,使其能够顺利参与生物体的其他代谢途径。因半胱氨酸结构中含有巯基,使得其能与重金属离子特异性结合,并直接或间接地参与生物体的重金属抗性。由于生物细胞是在异相条件下进行系列的、有序的生理生化过程,进一步研究Cys及其金属离子配合物在分子水平上的结构特征,对于在分子水平上研究Cys及其与金属离子的生理行为有重要的参考价值。近年来,新技术(如原子力显微镜)在生物科学方面的应用使得这一研究成为可能。对半胱氨酸的基本特性、生物合成途径及其参与生物体重金属抗性的研究进展进行了综述,旨为研究Cys在生物体重金属抗性过程中的解毒机制提供一定的科学理论依据。     

利用原子力显微镜识别成像

细胞膜和细胞内特异蛋白的有效定位与定性,对于了解细胞运动、移植和分化等机制及细胞之间的相互作用非常关键。原子力显微镜灵敏的力学性质在研究生物分子的相互作用和特定分子的免疫识别中得到了广泛的应用,在细胞表面的特异性分子的定位过程中,不像免疫荧光成像一样需要复杂的样品准备,更重要的是能有效地进行特异性和非特异性的识别,并对识别位点可视化。本文从分子识别、功能化探针、基于力-体积成像及与动态力学显微镜结合成像等模式方面,综述了原子力显微镜在生物应用中的识别成像。     

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。     

活体光学成像技术在TGF-β1信号通路调控乳腺癌转移作用中的应用北大核心CSCD

活体动物光学成像技术因具有无创伤、活体、动态、连续、特异显像等优点,已被广泛应用于细胞的体内示踪或特定基因体内表达的实时监测研究。TGF-β1信号通路在乳腺癌的发生、发展和转移过程中起着十分重要的作用。本文主要对活体动物光学成像技术在研究TGF-β1信号通路调控乳腺癌转移作用中的应用进行综述,讨论乳腺癌的体内转移过程与TGF-β1信号通路的相关性,最后对黄酮类化合物干预乳腺癌转移的作用进行总结。因此,本文可为筛选抗乳腺癌转移的新型药物提供一定的理论指导,推动分子影像技术在活体动态连续观测药物治疗效果方面的应用。     

生物医学光子学的无损伤影象方法

二十一世纪将是信息和生命科学的时代 ,而生物光子学是此两大领域结合的一门新兴交叉学科 ,对推动生命科学的研究具有极其重要的意义。根据最近的研究动态 ,生物光子学领域最有希望的一个新生点就是利用光学和激光技术 ,发展生命科学研究的形态学方法 ,即 :生命过程动态信息的高灵敏度成像 ,包括从单功能分子、亚细胞、细胞到组织的多种光与生物分子作用信息的成像 ,从而实现生物学研究方法从集合到个体(单分子 ) ;从离体到活体 ;从静态到动态的变革。这些新的物理方法的引入不但能使生物学的研究手段发生革命性变革 ,同时也促进生物学基础…     

分子成像及其应用

分子成像是近来新出现并迅速发展的一个生物医学领域,用它来显示和测定活体内生物过程在细胞和分子水平上的特征,可为深入揭示生理和病理过程的机制,以及对疾病及其治疗进行实时、动态、细致、无创、靶向性的探测和跟踪提供有效手段。预计在不远的将来,分子成像技术的迅速发展可能会带来临床医疗的重大变革。本文就分子成像及其应用作一综述。     

光片荧光显微镜特点及其应用

传统荧光显微镜由于对某些荧光分子存在光毒性、光损伤等方面的缺陷,无法满足对部分活体样本进行长时间观测的需求。光片荧光显微镜（light sheet fluorescence microscope,LSFM）是一种新型荧光显微镜,有别于激光共聚焦显微镜,其特殊的正交光路设计和高效的信号采集装置,使其具备低光毒性、低光漂白、低光损伤和高时空分辨率等优良特性,从而能对细胞及大尺度生物组织样本进行时空连续性较好的记录,尤其适宜于活体生物样品。基于此,概述了光片荧光显微镜的成像原理、成像优势、成像效果的改进与优化历程及其在生命科学领域应用所取得的研究成果,重点对近三年相关应用进行了汇总,并简要介绍了其在神经生物学、发育生物学、动物细胞生物学和植物科学领域中一部分代表性研究内容,最后,总结了光片荧光显微镜的优点与发展至今仍存在的不足,并对其在光遗传学和多组学研究中的潜在应用进行了展望,以期为研究人员提供较为系统的光片荧光显微镜相关基础知识、最新的研究应用进展以及未来的潜在应用方向,为研究人员提供参考。     

光学透明技术在植物多尺度成像中的应用

光学透明技术是一种通过各种化学试剂,将原本不透明的生物样本实现透明化,并在光学显微镜下深度成像的技术。结合多种光学显微成像新技术,光学透明技术可对整个组织进行成像和三维重建,深度剖析生物体内部空间特征与形成机制。近年来,多种植物光学透明技术和多尺度成像技术被陆续研发,并取得了丰硕的研究成果。该文综述了生物体光学透明技术的基本原理和一些新技术,重点介绍基于光学透明技术开发的新型成像方法及其在植物成像与细胞生物学中的应用,为后续植物整体、组织或器官的透明、成像与三维重构及功能研究提供理论依据和技术支持。     

《显微组织学实验技术——分子生物学工作者的实验手册》

组织学以描述微细结构的形态为基本内容 ,从整体、细胞和分子水平探索许多复杂生命现象的物质基础以及环境与生物体的相互关系。 2 0世纪 ,各种显微镜陆续制成并用于组织学的研究 ;而组织培养、组织切片、组织染色和放射自显影等技术也不断建立和完善 ,推进组织学的不断发展。近年来 ,电子显微镜和扫描显微镜的问世和改进更将显微组织学技术推到了一个全新的时代。由JohnKiernan ,IvorMason主编的《显微组织学实验手册》 (MicroscopyandHistologyforMolecularBiologists—AUSER’SGUIDE)主要是由来自英国 ,美国 ,加拿大 ,荷兰等国家…     

利用萤光素酶标记的肿瘤细胞建立肝癌原位移植模型及其活体成像

目的：利用生物发光成像技术非侵入性地监测活体裸鼠原位肝癌发展过程。方法：将包含有萤火虫萤光素酶基因的pCI-neo-Luc载体转染人肝癌HepG2细胞系,筛选获得具有高萤光素酶活性的细胞克隆;利用流式细胞仪对萤光素酶表达的稳定性进行初步研究,并分析细胞的生物发光情况;持续表达萤光素酶的肿瘤细胞培养扩增后被植入裸鼠皮下,2周后以形成的异体瘤作为供体瘤,进行肝脏原位移植手术;对建立的肝癌原位移植模型,用影像学资料显示肿瘤部位,用IVIS成像系统动态监测肿瘤生长情况。结果：体外影像的结果显示,表达萤光素酶细胞的数量与发光强度呈正相关;活体成像的结果显示。成功地建立了萤光素酶标记的原位肝癌动物模型。结论：生物发光成像可以监测活体内肝癌演进过程,为抗肿瘤药物的筛选和评价提供了新的手段和工具。     

自发光学信号成像系统在生物成像中的发展与应用

自发光学信号成像系统是近年来比较新颖的一项用于活体生物的基因或细胞活动的微观检测的光学技术,具有直观、操作简便以及分辨率高的特点。该技术主要分为生物发光成像技术和荧光成像技术,目前主要用于测定活体动物体内的细胞以及分子的活动或变化情况。由于该技术能够对动物体内的微观形态的变化进行精确的捕捉,对于癌症、基因表达、肿瘤以及其他病变均具有较好的监测作用。在本文中,将就自发光学信号成像系统在生物成像中的发展与应用进行详细的阐述。     

基于AFM的活体状态外泌体纳米结构及机械特性研究(英文)

外泌体在细胞生理病理活动过程中起着重要的调控作用,研究外泌体的行为特性对于揭示生命活动及疾病发生发展的内在机理具有重要的基础意义.然而由于缺乏合适的观测手段及方法,目前对于活体状态下外泌体结构及特性的认知仍然很不足.原子力显微镜(AFM)的发明为研究溶液环境下天然状态生物样本提供了强大的技术工具,已成为生物学重要研究手段.本文利用AFM对单个活体状态外泌体的纳米结构及机械特性进行了研究.通过多聚赖氨酸静电吸附作用将从淋巴瘤患者骨髓中分离的外泌体吸附至基底,在溶液环境下实现了对单个活体状态外泌体的高质量AFM形貌成像并通过与空气中成像结果进行对比揭示了空气干燥处理对外泌体形貌的影响.在此基础上,分别利用AFM压痕试验和多参数成像技术实现了对单个活体状态外泌体机械特性的定量测量和可视化表征.最后基于所建立的方法技术揭示了化学处理后外泌体结构和机械特性的动态变化.研究结果为研究纳米尺度下活体状态外泌体的结构及特性,以更好理解天然状态外泌体的生理行为提供了新的方法和思路,对于外泌体研究具有潜在积极的意义.     

窄等离子体吸收谱线宽度的纳米金锥用于光声成像

无损光声成像技术结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像,提供了活体生物组织结构和功能信息,已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。然而,很多与病理过程相关的特征分子的光吸收能力较弱,在活体环境中难以被光声成像系统所识别,从而限制了光声成像技术的应用范围。基于功能纳米探针的光声成像-光声分子成像极大拓展光声成像的应用范围,可以在活体层面对病理过程进行分子水平的定性和定量研究,将为实现目标疾病的早期诊断提供强大的技术支持。本文发展在近红外具有窄吸收线宽(半高宽仅为60 nm)的纳米金锥作为新型的光声探针。通过选择不同径长比的纳米金锥,可以任意调节纳米金锥的吸收峰。通过调谐激光器的波长,可实现对不同吸收峰纳米金锥的选择性激发。纳米金锥将有可能用于多光谱光声成像,实现对不同靶标的目标分子探测。     

RGD肽介导的MR分子探针在体外结直肠癌细胞的显像及对其生物学行为的影响

目的:探讨RGD肽介导的MR分子探针在体外结直肠癌细胞的MRI显像及对其生物学行为的影响方法:利用纳米技术构建靶向RGD荧光纳米MR探针,利用荧光倒置相差显微镜观察该探针与LOVO细胞结合情况;体外磁共振成像（MRI）显像;利用细胞克隆实验测其增殖活性;流式细胞术检测其细胞周期、凋亡。结果:荧光相差显微镜示该RGD肽介导的MR分子探针能特异性与LOVO细胞结合;体外MRI成像示靶向RGD组T₁信号强度高于非靶向组及对照组（P<0.05）;该探针作用24h后的LOVO细胞增殖活性降低,细胞分裂周期发生变化,阻滞在S+G₂M期的细胞比例上升,细胞凋亡率与其他两组相比有显著增加（P<0.05）结论:该RGD肽介导的MR分子探针能与结直肠癌LOVO细胞靶向结合,能增强MRI的显像效果,并对肿瘤细胞具有一定的抑制作用     

RGD肽介导的MR分子探针在体外结直肠癌细胞的显像及对其生物学行为的影响

目的：探讨RGD肽介导的MR分子探针在体外结直肠癌细胞的MRJ显像及对其生物学行为的影响。方法：利用纳米技术构建靶向RGD荧光纳米MR、探针,利用荧光倒置相、差显微镜观察该探针与LOVO细胞结合情况;体外磁共振成像（MRI）显像;利用细胞克隆实验测其增殖活性;流式细胞术检测其细胞周期、凋亡。结果：荧光相差显微镜示该RGD肽介导的MR分子探针能特异性与LOVO细胞结合;体外MRI成像示靶向RGD组T1信号强度高于非靶向组及对照组（P〈0．05）;该探针作用24h后的LOVO细胞增殖活性降低,细胞分裂周期发生变化,阻滞在S＋G2M期的细胞比例上升,细胞凋亡率与其他两组相比有显著增加（P〈0．05）。结论：该RGD肽介导的MR分子探针能与结直肠癌LOVO细胞靶向结合,能增强MR1的显像效果,并对肿瘤细胞具有一定的抑制作用．     

肌动蛋白的原子力显微镜研究

原子力显微镜 (AFM )是一种能够在生理条件下对生物大分子、活细胞表面以及细胞膜下结构进行在体或离体研究的强有力的新型工具 ,具有原子级的成像分辨率和纳牛顿级的力测定功能。目前原子力显微镜已被广泛地应用于生物大分子、超分子体系的结构解析、动力学过程观察 ,分子力学研究及细胞功能鉴定。原子力显微镜能够通过尖锐探针扫描待测样品表面 ,收集被测样品表面地貌坐标数据从而对单分子或细胞进行成像或操作 ,并能通过移动探针、记录探针与样品之间的作用力 ,对生物大分子 (蛋白质、核酸和多糖等 )的结构力学特性进行分析以获取分子构象、功能及其相互关系的有用信息。肌动蛋白是一种细胞内普遍存在 ,具有广泛、复杂生理功能的重要蛋白质 ,原子力显微镜的各项功能已广泛地用于肌动蛋白结构、功能及动力学研究。通过综述原子力显微镜在肌动蛋白研究中的应用 ,阐明了原子力显微镜在现代生命科学研究中的重要意义及巨大应用前景。