活體生物光學成像技術的應用

　　作為一項新興的分子、基因表達的分析檢測技術，在體生物光學成像已成功應用于生命科學、生物醫學、分子生物學和藥物研發等領域，取得了大量研究成果，主要包括： 在體監測腫瘤的生長和轉移、基因治療中的基因表達、機體的生理病理改變過程以及進行藥物的篩選和評價等。

　　1、在體監測腫瘤的生長和轉移

　　利用在體生物光學成像技術，通過熒光素酶或綠色熒光蛋白標記腫瘤細胞，可以實時監測被標記腫瘤細胞在生物體內生長、轉移、對藥物的反應等生理和病理活動，揭示腫瘤發生發展的細胞和分子機制。Contag 等[1] 將熒光素酶和綠色熒光蛋白作為報告基因，對腫瘤細胞進行活體成像，探討了使用報告基因在細胞分子水平研究腫瘤的前景，并指出在體生物光學成像技術具有較高的靈敏度，尤其在監測腫瘤細胞的生長方面具有較大優勢。Yang等[2,3] 首先利用光學成像系統對表達綠色熒光蛋白的腫瘤實現了實時非侵入性成像，記錄了腫瘤的轉移過程，開辟了在整體水平上無創、在體、實時跟蹤腫瘤發生、發展和轉移等生物學行為的嶄新領域。Jenkins 等[4] 將標記了熒光素酶基因的人類前列腺癌細胞注射到小鼠體內，利用在體生物光學成像系統，實時、在體監測了前列腺癌細胞化療后的復發和轉移情況。基于綠色熒光蛋白的在體生物光學成像也在肺癌、大腸癌、前列腺癌、胰腺癌、黑色素瘤、腦膠質瘤和乳腺癌等多種腫瘤的生長轉移等研究中得到了越來越廣泛的應用 [2,3,5,6]。

　　2、在體監測基因治療中的基因表達

　　隨著后基因組時代的到來和人們對疾病發生發展機制的深入了解，在基因水平上治療腫瘤、心血管疾病、AIDS 和分子遺傳病等惡性疾病已經得到國內外研究人員越來越廣泛的關注。如何客觀地檢測基因治療的臨床療效判斷終點，有效監測轉基因在生物體內的傳送，并定量檢測基因治療的轉基因表達，已經成為基因治療應用的關鍵所在。通過熒光素酶或綠色熒光蛋白等報告基因，在體生物光學成像技術能夠進行基因表達的準確定位和定量分析，在整體水平上無創、實時、定量地檢測轉基因的時空表達[7]。McCaffrey 等[8] 將熒光素酶標記在靶基因上，應用siRNA 及shRNA 減弱了小鼠轉染的熒光素酶的表達，在活體動物體內首次實時觀察到siRNA 對特異靶基因表達的阻斷作用。以病毒[9，10](如腺病毒及腺相關病毒等) 作載體，將熒光素酶基因或綠色熒光蛋白等作為報告基因加入載體，采用在體生物光學成像，能夠實時觀察病毒在動物體內的侵染活動，獲取病毒侵染部位等相關信息。

　　3、揭示機體的生理病理改變過程

　　目前，在體生物光學成像技術已成功應用于干細胞移植、腫瘤免疫、毒血癥、風濕性關節炎、皮炎等發病機制的研究中，可以實時監測生物機體的生理病理改變過程，具有重要的臨床意義。應用轉基因鼠，Wang等[11] 將熒光素酶基因轉導于人類造血干細胞(Hematopoietic stem cells，HSC) 中，并將其植入脾及骨髓，利用在體生物光學成像技術，揭示了HSC 在小鼠骨髓腔中植活、增殖等動態信息，實時監測HSC 的后代在小鼠體內的生長等。Kim等[12] 將熒光素酶基因轉染于神經前體細胞(Neuralprogenitor cell，NPC)，并注射入小鼠腦梗模型中，在體生物光學成像系統顯示神經前體細胞迅速游走聚集至梗塞病灶處。風濕性關節炎和類風濕性關節炎的動物模型研究表明： 熒光報告基因在患關節炎的關節局部產生熒光信號，在健康組織周圍未見熒光信號，能夠動態觀測關節炎的發生和發展，對關節炎疾病的治療具有重要意義。另外，在體生物光學成像技術在生物大分子間相互作用及細胞凋亡的研究中也取得了一定進展。Paulmurugan 等[13] 將胰島素樣生長因子與胰島素樣生長因子結合蛋白分別用綠色熒光蛋白及Renilla 熒光素酶基因融合，研究它們之間在活體小動物體內的相互作用。

　　4、藥物的篩選和評價

　　目前，轉基因動物模型已大量應用于病理研究、藥物研發、藥物篩選和藥物評價等領域。 通過體外基因轉染或直接注射等手段，將熒光素酶或綠色熒光蛋白等報告基因標記在生物體內的任何細胞(如腫瘤細胞、造血細胞等) 上，采用在體生物光學成像技術對其示蹤，了解細胞在生物體內的轉移規律，不僅能夠檢測轉基因動物體內的基因表達或內源性基因的活性和功能，而且能夠對藥物篩選及療效進行評價。Zhang 等[14] 利用轉基因鼠，研究可誘導的NO 合成酶在急慢性免疫反應中的作用，并以此對多種化合物進行抗免疫反應的測試和篩選。肺癌、前列腺癌、黑色素瘤、結腸癌、胰腺癌、乳腺癌、卵巢癌和腦癌的原位GFP 腫瘤的整體熒光成像模型已經建立[15]，利用轉移鼠和血管鼠實現了抗腫瘤生長轉移和血管生成的在體藥物篩選和評價 。基于綠色熒光蛋白的在體熒光成像揭示了腫瘤發生發展的細胞和分子機制，非侵入性在體評價抗腫瘤藥物的療效[1]。

　　參考文獻

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