活體生物發光成像技術應用領域

    活體生物發光成像技術是一項在某些領域有不可替代優勢的技術，比如腫瘤轉移研究、藥物開發、基因治療、干細胞示蹤等方面。

1．腫瘤學

    活體生物發光成像技術能夠讓研究人員能夠直接快速的測量各種癌癥模型中腫瘤的生長、轉移以及對藥物的反應。其特點是*的靈敏度使微小的腫瘤病灶（少到幾百個細胞）也可以被檢測到，比傳統方法的靈敏度大大提高了；非常適合于腫瘤體內生長的定量分析；避免由于宰殺老鼠而造成的組間差異；節省動物成本。由于以上特點，使基于轉移模型、原位模型、自發腫瘤模型等方面的腫瘤學研究得到發展。建立腫瘤轉移模型，可以觀察腫瘤轉移情況，進一步探討腫瘤轉移的機制；可進行原位接種，觀察原位以及原位轉移模型，使腫瘤學研究更接近腫瘤臨床發病的微觀環境；通過建立自發腫瘤模型，可以觀察腫瘤發生機理。

2．藥物研究

    在藥效學評價方面，熒光素酶癌癥模型可用于癌癥體內用藥在整體動物水平上進行長期療效跟蹤觀察。利用無創傷活體成像對癌細胞生長的檢測，可對癌癥治療之前和過程中的癌細胞的變化進行實時觀測和評估。這種方式提供一個很好的對癌細胞的反應和復發評估的預診斷途徑。用活體成像的方法比傳統技術有更高的靈敏度，當用傳統的方法還不能檢測到瘤塊時，用該技術已經可以檢測到很強的信號。由于該技術只是檢測活細胞，不能檢測已經凋亡的細胞。而用傳統的方法，不能區別正常細胞與凋亡的細胞，所以該技術可以比傳統技術更早更靈敏的發現藥物的療效。

    利用活體成像技術高靈敏度、觀察方便的特點，在抗腫瘤藥物臨床前研究中，通過給予腫瘤接種的小鼠不同劑量，不同給藥時間、不同給藥途徑，觀察抗腫瘤藥物的給藥途徑、給藥劑量及給藥時間，從而制定合適的劑型與服藥時間。

    在藥劑學研究方面，可以通過把熒光素酶報告基因的質粒直接裝載在藥物載體中，觀察藥物載體的靶向臟器與體內分布規律。在藥理學方面，還可以通過轉基因小鼠的應用，觀察藥物作用的通路，用熒光素酶基因標記某一個興趣基因，觀察藥物作用的通路。

3．基因治療

    基因治療是將正常基因或有治療作用的基因通過一定方式導入靶細胞以糾正基因的缺陷或者發揮治療作用，從而達到治療疾病目的。目前，基因治療主要是以病毒做載體，可應用熒光素酶基因作為報告基因加入載體，觀察目的基因是否到達動物體內的特異組織和是否持續表達，這種非侵入方式具有低毒性及免疫反應輕微等優點且可以直接實時觀察，了解病毒或載體侵染的部位和時域信息；熒光素酶基因也可以插入脂質體包裹的DNA分子中，用來觀察脂質體為載體的DNA運輸和基因治療情況；也可以表達熒光素酶基因的質粒裸DNA為模型DNA，直接注入動物體內，利用生物發光成像可以分析不同載體、不同注射位點、不同注射量對熒光素酶基因表達的影響，同時也可以時空量化分析基因表達的分布、水平和持續時間。這種可視的方法直觀地評價DNA的轉染效率和表達效率，在基因治療研究中具有重要的指導作用。

4．干細胞及免疫學

    用熒光素酶標記干細胞有以下幾種方法：一種是標記組成性表達的基因，做成轉基因動物，干細胞就被標記了，若干細胞移植到另外動物體內，可以用活體生物發光成像技術示蹤干細胞在體內的增殖、分化及遷徙的過程；另外一種方法是用慢病毒直接標記干細胞后，移植到體內觀測其增殖、分化及遷徙過程，研究其修復、治療損傷或缺陷部分的效果，進一步探討其機制。
 
    可以通過標記免疫細胞，觀察免疫細胞對腫瘤細胞等的識別和殺死功能，評價免疫細胞的免疫特異性、增殖、遷移及功能等；通過標記異體細胞，觀察異體細胞對器官移植影響；也可進行一些關于免疫因子的研究等。

5．基因表達模式與基因功能研究

    研究基因表達可以從影響基因表達的各個不同的層面進行相關的研究，如利用融合蛋白（p27-luc融合蛋白研究其在Cdk細胞分裂周期的表達），興趣基因啟動子控制的熒光素酶（Catenin在腫瘤轉移的信號傳導機制），siRNA方式和轉基因動物等方法。
 
    為研究目的基因是在何時、何種刺激下表達，將熒光素酶基因插入目的基因啟動子的下游，并穩定整合于實驗動物染色體中，形成轉基因動物模型。通過這種方法實現熒光素酶和目的基因的平行表達，從而可以直接觀察目的基因的表達模式，包括數量、時間、部位及影響其表達和功能的因素等；也可用于研究動物發育過程中特定基因的時空表達情況，觀察藥物誘導特定基因表達；以及其它生物學事件引起的相應基因表達或關閉。

6．蛋白質相互作用

    可利用動物體內生物發光成像技術研究活體動物體內蛋白與蛋白的相互作用。其原理是將分開時都不單獨發光的熒光酶的C端和N端分別連接在兩個不同的蛋白質上，若是這兩個蛋白質之間有相互作用，熒光酶的C端和N端就會被連接到一起，激活熒光素酶的轉錄表達，在有底物存在時出現生物發光。在活體條件下研究藥物對蛋白質相互作用的影響，可以觀察到在體外實驗中無法模擬的活體環境對蛋白質相互作用的影響。

7．細胞凋亡

    利用活體動物生物發光成像技術，直接觀察活體動物體內的細胞凋亡。具體原理是用分子生物學方法在熒光酶的兩端連接上抑制其發光的蛋白(如雌激素)，但在其連接處加上caspase (細胞凋亡時特異表達的一種酶)的酶切點。細胞發生凋亡時，表達caspase，切開抑制熒光酶發光的蛋白，使熒光素酶開始發光。

8. 疾病機理

    可以標記與某種疾病密切相關的基因，做成轉基因小鼠，通過特定的藥物作用或其他條件下該基因表達的變化，來推測該疾病的發病機理和藥物對疾病治療的效果等。