《小动物活体成像》ppt课件

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1、张严2013.7.15动物活体成像技术ANIMALVIVOIMAGINGTECHNOLOGY概述动物活体成像技术是指应用影像学方法,对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究。动物活体成像技术主要分为：可见光成像(opticalimaging)核素成像(PETPSPECT)核磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)计算机断层摄影(computedtomography,CT)成像超声(ultrasound)成像可见光成像体内可见光成像包括生物发光与荧光两种技术。生物发光技术是用荧光素酶基因标记DNA，

2、利用其产生的蛋白酶与相应的底物发生生化反应，产生生物体内的光信号。荧光技术则采用荧光报告基因(GFP、RFP)或荧光染料(包括荧光量子点等新型纳米标记材料)进行标记,利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光,就可以形成体内的生物光源。生物发光哺乳动物生物发光，是将荧光素酶基因整合到细胞的基因组DNA上，产生稳定表达荧光素酶的细胞株，当细胞分裂、转移、分化时，荧光素酶也会得到持续稳定的表达。萤火虫荧光素酶海肾荧光素酶底物：荧光素腔肠素发射波长：540~600nm460~540nm体内的代谢较慢，而且特异性好活体生物发光成像技术应用1.肿

3、瘤学直接快速的测量各种癌症模型中肿瘤的生长、转移以及对药物的反应。其特点是极高的灵敏度使微小的肿瘤病灶（少到几百个细胞）也可以被检测到。上图：肿瘤的长期检测，分别是7d、14d、21d成像2.药物研究荧光素酶癌症模型可用于癌症体内用药在整体动物水平上进行长期疗效跟踪观察。利用无创伤活体成像对癌细胞生长的检测，可对癌症治疗之前和过程中的癌细胞的变化进行实时观测和评估。利用活体成像技术高灵敏度、观察方便的特点，在抗肿瘤药物临床前研究中，通过给予肿瘤接种的小鼠不同剂量，不同给药时间、不同给药途径，观察抗肿瘤药物的最佳给药途径、给药剂量及给药时间，从而制定

4、合适的剂型与服药时间。3.基因治疗基因治疗是将正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的。目前，基因治疗主要是以病毒做载体，可应用荧光素酶基因作为报告基因加入载体，观察目的基因是否到达动物体内的特异组织和是否持续高效表达，这种非侵入方式具有低毒性及免疫反应轻微等优点且可以直接实时观察，了解病毒或载体侵染的部位和时域信息。4.干细胞及免疫学用荧光素酶标记干细胞有两种方法：一种是标记组成性表达的基因，做成转基因动物，干细胞就被标记了，若干细胞移植到另外动物体内，可以用活体生物发光成像技术示踪干

5、细胞在体内的增殖、分化及迁徙的过程；另外一种方法是用慢病毒直接标记干细胞后，移植到体内观测其增殖、分化及迁徙过程，研究其修复、治疗损伤或缺陷部分的效果，进一步探讨其机制。标记免疫细胞，观察免疫细胞对肿瘤细胞等的识别和杀死功能，评价免疫细胞的免疫特异性、增殖、迁移及功能等。5.基因表达模式与基因功能研究为研究目的基因是在何时、何种刺激下表达，将荧光素酶基因插入目的基因启动子的下游，并稳定整合于实验动物染色体中，形成转基因动物模型，观察目的基因的表达模式。6.蛋白质相互作用原理是将分开时都不单独发光的荧光酶的C端和N端分别连接在两个不同的蛋白质上，若是

6、这两个蛋白质之间有相互作用，荧光酶的C端和N端就会被连接到一起，激活荧光素酶的转录表达，在有底物存在时出现生物发光。7.细胞凋亡原理是用分子生物学方法在荧光酶的两端连接上抑制其发光的蛋白(如雌激素)，但在其连接处加上caspase(细胞凋亡时特异表达的一种酶)的酶切点。细胞发生凋亡时，表达caspase，切开抑制荧光酶发光的蛋白，使荧光素酶开始发光。8.疾病机理可以标记与某种疾病密切相关的基因，做成转基因小鼠，通过特定的药物作用或其他条件下该基因表达的变化，来推测该疾病的发病机理和药物对疾病治疗的效果等。荧光成像荧光技术则采用绿色荧光蛋白(GFP)

7、、红色荧光蛋白RFP)等荧光报告基因和FITC、Cy5、Cy7等荧光素及量子点(quantumdot，QD)进行标记，利用一套非常灵敏的光学检测仪器，让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性效率高，近红外荧光（700-800nm）避开了生物个体在可见荧光区的本底信号，是成像观察的最佳选择。活体动物荧光成像技术应用1.肿瘤学活体荧光成像技术能够无创伤定量检测小鼠的皮下瘤模型。相对于生物发光成像技术，活体荧光成像技术检测时间较快，只需要不到1s的时间，同时不需要注射底物，节约了检测成本。左图：通过H-4

8、60-GFP皮下肿瘤模型，建立小鼠肺癌的实验模型，可用来进行有关抗癌药物的筛选（图1）。可用于测量皮下肿瘤的生长和监测对潜