PE小动物活体成像在神经性疾病的应用

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1、小动物活体光学成像技术在神经疾病研究中的应用PerkinElmer小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。在众多应用领域中，神经疾病研究是活体光学成像技术的应用热点之一。在应用活体光学成像技术进行神经相关疾病研究中，常用的标记方法及应用领域包括：1、利用萤火虫荧光素酶（FireflyLuciferase）或荧光蛋白作为报告基因，通过转基因技术体外转染神经肿瘤细胞、神经干细胞等细胞，进行神经肿瘤、神经发育及细胞治疗的相关研究；2、利用荧光素酶作为报告基因标记神经疾病相关基因构建转基因动物，进行神经疾病机理研究；3、利用功能性荧光探

2、针监测神经疾病的发生发展。下面结合一些具体实例进行阐述：一.神经肿瘤研究与其它类型肿瘤研究类似，利用小动物活体光学成像技术可以长期监测神经肿瘤的发生发展及治疗效果。例如，利用荧光素酶基因标记肿瘤细胞，通过肿瘤发光情况的变化，观测肿瘤的生长及药物对于肿瘤的治疗效果，如下：上图：应用IVIS系统长期观测原位接种的经生物发光标记的U87-MG-luc2神经胶质瘤的生长。上图：应用IVIS系统观测血管生成抑制剂对U87-MG-luc2生长的移植。A.对照组；B.给药组除了利用生物发光成像技术进行神经肿瘤研究，还可应用功能性荧光探针监测肿瘤，例如，通过应用荧光染料标记的DHE探测神经胶

3、质瘤中的活性氧自由基，从而监测肿瘤的发展情况。基于IVIS系统的多模式成像功能，可以同时应用生物发光及荧光成像功能共同监测肿瘤，如下：上图：左.应用荧光成像技术观测尾静脉注射DHE后观测DHE对肿瘤的靶向；中.应用生物发光成像技术观测经荧光素酶基因标记的肿瘤；右.荧光与生物发光成像结果融合。二.神经退行性疾病的研究神经退行性疾病是由神经元或其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移而恶化，以导致功能障碍。常见的神经退行性疾病包括阿兹海默症、帕金森氏病、多发性硬化症、脊髓性肌萎缩症等。应用小动物活体成像技术进行上述疾病相关研究的主要方式为：1、通过构建生物发光标记的疾病动物模型，观测疾病

4、特异性基因的表达，进而反映疾病的发生发展；2、应用功能性荧光探针观测疾病特异性标识物，进而反映疾病的发生发展。下面以阿兹海默症的研究为例进行阐述：阿兹海默症（Alzheimerdisease，AD），是一种中枢神经系统变性病。AD的病因及发病机制尚未阐明，特征性病理改变为β淀粉样蛋白沉积形成的细胞外老年斑和tau蛋白过度磷酸化形成的神经细胞内神经原纤维缠结，以及神经元丢失伴随胶质细胞增生等。基于特殊的病理特征，研究者可以通过不同思路应用活体光学成像技术，对阿兹海默症进行观测。如Wattnoek等人基于阿兹海默症的发生伴随胶质细胞增生的病理特征推测，伴随阿兹海默症的发生发展，胶

5、质细胞中胶质纤维酸性蛋白（glialfibrillaryacidicprotein,GFAP）的表达量也会增多。利用WesternBlot及免疫组化等技术手段进行体外实验显示，随着β淀粉样蛋白表达的增多，GFAP的表达量也同时增多，两者在疾病发展过程中成正相关，说明GFAP可以作为阿兹海默症的特征性蛋白而反映阿兹海默症的发生发展。接着，研究者将Tg(GFAP-luc)生物发光转基因小鼠与阿兹海默疾病模型小鼠Tg(APP23)及Tg(CRND8)进行杂交，构建出Tg(APP23:Gfap-luc)和Tg(CRND8:Gfap-luc)双转基因生物发光-阿兹海默疾病模型小鼠，并应

6、用IVIS系统在活体水平观测阿兹海默症的发生发展。结果显示，在两种双转基因疾病模型小鼠中，GFAP的表达量均随阿兹海默症病情的恶化而升高，说明GFAP可以表征阿兹海默症的发生发展；另外，将病情严重的老年疾病小鼠脑匀浆注射入年轻疾病小鼠脑内，会使年轻疾病小鼠中GFAP表达量的增多明显提前，说明老年疾病小鼠脑匀浆物质能够加速年轻疾病小鼠阿兹海默症的发生。综上所述，通过利用荧光素酶标记疾病相关基因而构建的转基因小鼠，并结合活体光学成像技术，可以在活体水平观测神经退行性疾病的发生发展，并开展相关治疗的研究。上图：体外分析GFAP的表达与阿兹海默症的关系。A.应用Westernblot

7、技术分析GFAP及Aβ在不同年龄的两种阿兹海默疾病模型小鼠中的表达情况；B.定量分析显示GFAP与Aβ的表达成正相关；C.应用免疫组化技术分析GFAP与Aβ在阿兹海默疾病模型小鼠中的表达情况。上图：Tg(GFAP-luc)生物发光转基因小鼠构建示意图及活体成像结果。上图：应用GFAPTg(APP23:Gfap-luc)和Tg(CRND8:Gfap-luc)双转基因生物发光-阿兹海默疾病模型小鼠，结合生物发光活体成像技术，观测阿兹海默症的发生发展。随着荧光功能性探针的发展，研究者除了可以应用生物发光活体成