活体成像

活体成像技术是一种应用影像学方法,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及定量研究的技术。这种技术能够在不对实验动物造成伤害的前提下,非侵入式、直观地观测活体动物体内肿瘤的生长、转移、疾病的发展过程、基因的表达变化等生物学过程。

活体动物体内光学成像主要采用生物发光与荧光两种技术。生物发光是用萤光素酶基因(Luciferase)标记细胞,而荧光技术则采用荧光报告基因(绿色荧光蛋白、红色荧光蛋白等)或 荧光素(FITC、Cy5、Cy7 等)进行标记。

一、荧光成像

荧光分子受到能量(光能、电能、化学能等)激发后,原子核周围的电子从基态能级跃迁到能量较高的激发态,然后通过非辐射跃迁的方式快速降落在最低振动能级,随后由最低振动能级回到基态,以光子辐射的形式释放出能量。荧光成像实验成本低,成像过程简单,但非特异性荧光产生的背景噪音高于生物发光。

荧光蛋白标记活体成像(网图)

二、生物发光成像

动物体内萤光素酶基因表达的萤光素酶蛋白,在氧、Mg2+ 离子存在条件,和萤光素底物发生氧化反应,产生化学发光。萤光素酶生物发光,不需要外源性激发光,背景噪声低,具有较高的敏感性,但需要外源性提供各种萤光素酶的底物。 萤光素酶催化的生化反应需要氧气、镁离子及 ATP 等物质的参与,受到体内环境状态的影响。

萤光素酶生物发光

小动物活体成像步骤

1、制作动物模型

根据实验需要,通过尾静脉注射、皮下移植、原位移植等方法,实验动物接种已标记的细胞或组织。

2、活体成像

实验动物经过常规麻醉后,放入成像暗箱平台,使用活体成像仪完成成像操作。荧光成像应选择合适的激发光滤光片,生物发光则需要成像前向动物体内注射萤光素底物

3、数据处理

实时观测并记录荧光成像的数据,根据实验设计进行数据分析和结果统计,揭示小动物体内的生物发光信号的分布和强度变化。

萤光素酶标记活体成像


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