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。     

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。     

活体生物发光成像技术及其在病毒感染研究中的应用

生物发光是动物活体光学成像技术之一,因其反应灵敏、操作简单、数据精确,而被广泛地应用于生命科学研究多个领域,观测活体动物体内病毒复制、肿瘤生长等生命过程.生物发光技术采用荧光素酶基因标记细胞或病毒,与外源注射的底物荧光素发生反应,在冷CCD成像系统下显像并进行数据记录、分析.本文简要介绍活体生物发光成像这一新技术的原理...     

在体生物发光成像技术在生物医学中的应用

在体生物发光成像技术采用萤光素酶基因标记细胞及DNA,利用灵敏的光学检测仪器,实时直观地监测活体小动物体内感染性疾病的发生发展、肿瘤的生长及转移及引发的免疫反应、特定基因的表达等诸多生物过程。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、病原微生物或基因)的移动及变化,与传统的动物实验方法相比,在体生物发光成像得到的数据具有更高的可信度。近年来因其灵敏度较高、不涉及放射性物质、所得结果直观等优势,该技术已普遍应用于生物医学、药物开发等研究领域。     

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。     

基于受激发射损耗显微术的活细胞和活体超分辨成像

细胞作为生命体基本的结构和功能单元，在生物、医学等领域有着非常重要的研究意义。随着现代科学和技术的发展，科学家们借助电镜对细胞以及细胞器的空间结构已经有非常清晰的认识，但是对它们的功能以及细胞之间的相互作用却了解得非常少，而这恰恰又是疾病治疗和药物开发亟需了解的信息，因此对离体活细胞（简称活细胞）和活体生物组织细胞（简称活体细胞）中亚细胞器的研究变得非常重要。然而细胞中许多细胞器的结构在纳米量级，传统的光学成像技术由于受到光学衍射极限的限制是无法观察到纳米量级的生物结构，因此光学超分辨成像技术是目前研究亚细胞器结构和功能的有效工具。在所有光学超分辨显微技术中，受激发射损耗显微术（stimulated emission depletionmicroscopy,STED）由于具有实时成像、三维超分辨和断层成像的能力，非常适合用于纳米尺度的活细胞和活体细胞成像研究，而且STED超分辨成像技术经过近几十年的发展，已经广泛用于活细胞甚至活体小鼠细胞的超分辨动态观测。本文总结了近年来活细胞和活体小鼠神经元细胞等领域STED超分辨成像的研究进展，介绍了用于活细胞和活体细胞STED超分辨成像的荧光染料...     

多尺度的光声显微镜用于癌细胞及实体瘤成像

多尺度显微成像系统(M-PAM)被发展,并被用于成像从癌细胞到实体肿瘤的多尺度生物结构.该装置由二维运动平台,扫描振镜,物镜,聚焦超声换能器组成,其横向分辨率达到3 μm.结果显示该系统可以对体外培养黑色素瘤细胞与体内的黑色素瘤进行无标记成像.基于具有靶向性的探针,M-PAM系统可以对体外培养的U87-MG肿瘤细胞以及体内U87-MG实体肿瘤进行成像.综上所述,M-PAM系统将是研究肿瘤的有力工具.     

多尺度的光声显微镜用于癌细胞及实体瘤成像（英文）

多尺度显微成像系统(M-PAM)被发展,并被用于成像从癌细胞到实体肿瘤的多尺度生物结构。该装置由二维运动平台,扫描振镜,物镜,聚焦超声换能器组成,其横向分辨率达到3μm。结果显示该系统可以对体外培养黑色素瘤细胞与体内的黑色素瘤进行无标记成像。基于具有靶向性的探针,M-PAM系统可以对体外培养的U87-MG肿瘤细胞以及体内U87-MG实体肿瘤进行成像。综上所述,M-PAM系统将是研究肿瘤的有力工具。     

综述——基于纳米材料的生物检测与医学诊断技术：功能化量子点在肿瘤活体成像中的应用

量子点表面经生物分子或药物分子修饰而具有生物功能．功能化量子点具有独特的光学性质和生物相容性,在生物医学光学诊断和治疗领域具有广泛的应用．本文简要介绍了功能化量子点制备及修饰方法,综合评述了量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用,包括活体淋巴结成像、血管动态成像、肿瘤成像和抗肿瘤药物示踪等,讨论了功能化量子点在肿瘤活体诊断和治疗中的应用前景以及面临的挑战．     

生物光学成像技术在干细胞应用中的研究进展

干细胞目前已应用在多种疾病的治疗中,前景十分广阔,但干细胞存活、分布和迁移等具体机制仍未明确,需要通过长期有效、无副作用的干细胞示踪技术进一步研究.生物光学成像(OI)技术与干细胞相结合,操作简单、成像直观,并有高灵敏度和高特异性,可以实时、无创监测干细胞在动物活体内的生物学活动.本文就OI示踪技术的原理及其在干细胞应...     

活体荧光成像对裸鼠肝癌细胞系MHCC97-H原位移植模型的动态量化分析

目的:利用生物自发光的裸鼠肝癌原位移植模型,以活体荧光成像技术对肝癌的生长和转移情况进行动态、量化分析.方法:将稳定转染了荧光素酶(luciferase)基因的人肝癌细胞株MHCC97-H-LUC细胞,移植至裸鼠肝脏包膜下,每周利用活体荧光成像系统对裸鼠体内移植瘤的生长部位和范围进行成像,测量肿瘤细胞生物发光量,动态观察肝癌细胞在裸鼠体内的肿瘤数量、生长速度和转移情况.结果:建立可稳定表达荧光素酶的人肝癌细胞株MHCC97-H-LUC并用于进行生物自发光的裸鼠原位移植模型;利用活体荧光成像系统对裸鼠体内的移植瘤成像,见发光部位由肝脏向腹腔扩散,发光量随时间呈指数级增长;病理学观察证实肿瘤细胞长.结论:利用活体荧光成像技术的动态量化分析可灵敏、准确地监测裸鼠肝癌原位移植模型中肿瘤细胞的生长及转移情况,为肿瘤发生、生长、转移机制及对抗肿瘤生长和转移的体内研究提供了科学的量化手段.     

近红外标记的维甲酸类造影剂用于骨肉瘤成像的研究

目的：开发一种具有＂找寻、治疗、可视＂功能的生物造影剂。方法：采用化学合成的方法得到近红外标记的维甲酸类造影剂,并进行骨肉瘤细胞的体外结合试验;皮下接种裸鼠,构建骨肉瘤的异种移植模型,持续10d对裸鼠进行体内光学成像,观察药物在体内的重新分布,并最终用免疫组织化学法对成像结果进行验证。结果：体外细胞结合试验证明,合成的维甲酸造影剂可以很好的与人的骨肉瘤细胞相结合,进而内化。近红外光学成像表明,该造影剂可用于骨肉瘤的早期和晚期诊断。全身成像显示了在肿瘤和肝脏的高信号强度。正电子发射断层显像（PET）显示肿瘤部位具有较高水平的18F-FDG代谢。剂量增加反应和毒性试验表明,高剂量的维甲酸造影剂必然与其全身毒性息息相关。免疫组化染色显示,发光组织中肿瘤细胞呈阳性。结论：合成的近红外标记的维甲酸造影剂可以用于检测人类骨肿瘤的异种移植,实现个体化分子诊疗的同时减少全身毒性。     

近红外标记的维甲酸类造影剂用于骨肉瘤成像的研究

目的:开发一种具有"找寻、治疗、可视"功能的生物造影剂。方法:采用化学合成的方法得到近红外标记的维甲酸类造影剂,并进行骨肉瘤细胞的体外结合试验;皮下接种裸鼠,构建骨肉瘤的异种移植模型,持续10d对裸鼠进行体内光学成像,观察药物在体内的重新分布,并最终用免疫组织化学法对成像结果进行验证。结果:体外细胞结合试验证明,合成的维甲酸造影剂可以很好的与人的骨肉瘤细胞相结合,进而内化。近红外光学成像表明,该造影剂可用于骨肉瘤的早期和晚期诊断。全身成像显示了在肿瘤和肝脏的高信号强度。正电子发射断层显像(PET)显示肿瘤部位具有较高水平的18F-FDG代谢。剂量增加反应和毒性试验表明,高剂量的维甲酸造影剂必然与其全身毒性息息相关。免疫组化染色显示,发光组织中肿瘤细胞呈阳性。结论:合成的近红外标记的维甲酸造影剂可以用于检测人类骨肿瘤的异种移植,实现个体化分子诊疗的同时减少全身毒性。     

应用基于内源信号的光学成像技术的视觉脑研究现状

基于脑内源信号的光学成像技术是近来国际上出现的一种脑功能成像方法。该技术既无毒,又具有较高的空间分辨率,因而被迅速应用于动物的视觉、听觉、体感皮层功能构筑的研究中。本文综述了这种光学脑功能成像在视觉脑研究方面所取得的重要进展,并分析了该方法与其他脑成像技术、微电极单细胞技术的关系。报道了国内自行研制第、套脑功能光学成像系统的研究工作,该系统已在猫初级视觉皮层不同深度获得了清晰的方位功能图,并已经和     

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。     

采用活体成像技术监测肿瘤生长及转移模型的建立

目的采用活体成像技术监测稳定高表达荧光素酶报告基因的肿瘤细胞在小鼠体内生长及转移情况,为肿瘤治疗的药物研发提供新的有用工具。方法采用lipofectamine2000介导的基因转染方法,将pcDNA3．1 7Luc载体转染小鼠高转移乳腺癌细胞株4T1、EMT-6及结肠癌细胞株CT26,经G418抗性筛选及有限稀释法获得可稳定高表达荧光素酶的单克隆细胞;MTT法测定各转染细胞对不同化疗药物的抗性,并采用活体成像的方法检测各转染细胞在小鼠体内的成瘤和转移。结果获得了可稳定高表达荧光素酶基因的单克隆细胞株,该单克隆细胞株具有与亲本细胞系相同的对化疗药物的敏感性;将单克隆细胞株植入小鼠皮下,可采用活体成像技术准确监测肿瘤细胞体内生长及转移。结论采用活体成像技术构建的肿瘤动物模型是拓展肿瘤体内生长、转移及治疗相关研究的理想模型。     

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．     

光学相干断层成像在临床医学中的应用

光学相干断层成像(OCT)是一种基于弱相干光学断层成像技术,可以对生物组织活体断层成像,是继计算机X射线摄影(CR)和数字X射线摄影(DR)、超声、电子计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)之后又一新的生物组织成像方法。OCT在眼科、皮肤科、心血管科、肿瘤科、骨科、口腔科、妇科等对组织病变的早期光学诊断和实时动态监测方面具有广泛的应用及重要的临床价值。本文就OCT的基本原理、研究现状、主要的临床应用和应用过程中存在的问题进行综述并展望未来相关的发展趋势。     

荧光素酶标的人肝癌细胞裸鼠异种移植瘤模型的生物发光成像和PET-CT成像比较

目的利用荧光素酶基因标记的人肝癌细胞株BEL-7402建立裸鼠肝原位移植模型,及小鼠肝原位移植模型的生物发光和小动物PET-CT成像的比较。方法构建表达荧光素酶基因的真核表达载体并将其转入人肝癌细胞BEL-7402,经梯度浓度G418筛选获得稳定表达荧光素酶基因的细胞克隆并扩大培养。BALB/cA-nu裸鼠肝门静脉接种5×105个发光细胞使其成瘤,活体荧光成像和小动物PET-CT成像系统观察肿瘤的生长情况。结果获得了稳定表达Luc的人肝癌细胞株,将其接种到裸鼠体内,活体荧光成像系统观察发现能够成瘤,小动物PET-CT影像观察发现小鼠肝脏边缘对18 F-FDG有高摄取区域。结论利用荧光素酶基因标记的人肝癌细胞BEL-7402成功建立了原位肝癌裸鼠模型,小动物活体成像结合小动物PET-CT技术为原位肿瘤模型的建立提供了一种新的可靠的技术,为进一步研究肝癌生长转移机制和药物开发提供了新的有用工具。