小鼠活體示蹤腫瘤細(xì)胞成像系統(tǒng)是一種結(jié)合分子探針、影像設(shè)備和數(shù)據(jù)分析方法的非侵入性生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，可在活體小鼠中實時觀察和監(jiān)測腫瘤細(xì)胞的動態(tài)變化，在腫瘤研究、藥物研發(fā)及疾病機(jī)制解析中具有重要應(yīng)用價值。以下從技術(shù)原理、系統(tǒng)構(gòu)成、應(yīng)用場景、典型案例四個維度進(jìn)行詳細(xì)說明：
一、技術(shù)原理
該系統(tǒng)通過熒光標(biāo)記或報告基因技術(shù)對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記，利用高靈敏度光學(xué)檢測設(shè)備（如CCD相機(jī)）捕捉活體小鼠體內(nèi)的熒光或生物發(fā)光信號，結(jié)合計算機(jī)圖像處理技術(shù)實現(xiàn)三維重建，直觀呈現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移及藥物響應(yīng)等動態(tài)過程。
1.熒光成像
標(biāo)記方式：通過熒光染料（如GFP、RFP）或熒光報告基團(tuán)標(biāo)記腫瘤細(xì)胞、炎癥介質(zhì)等。
成像過程：熒光顯微鏡或成像系統(tǒng)激發(fā)標(biāo)記物，實時觀察熒光信號分布。
優(yōu)勢：信號強度大，可直接觀察成像，適用于多種分子和細(xì)胞過程的標(biāo)記。
2.生物發(fā)光成像
標(biāo)記方式：利用熒光素酶（如Firefly Luciferase）基因標(biāo)記腫瘤細(xì)胞，通過注射熒光素底物與酶反應(yīng)產(chǎn)生光信號。
成像過程：高靈敏度CCD相機(jī)檢測生物發(fā)光，無需外部激發(fā)光源。
優(yōu)勢：特異性強、靈敏度高，適合精確定量活細(xì)胞數(shù)量。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
1.標(biāo)記模塊
熒光標(biāo)記：采用GFP、RFP等熒光蛋白或熒光染料標(biāo)記腫瘤細(xì)胞。
生物發(fā)光標(biāo)記：通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將熒光素酶基因整合到腫瘤細(xì)胞染色體中，培養(yǎng)穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞株。
2.成像設(shè)備
高靈敏度CCD相機(jī)：如背照式深冷相機(jī)，制冷溫度達(dá)-100°C，QE峰值達(dá)95%，具備出色的信噪比。
激光光源：提供穩(wěn)定光譜，減少光衰，確保熒光成像的均勻性。
點狀光纖：可調(diào)節(jié)設(shè)計避開熒光干擾區(qū)域，支持小動物光熱實驗。
3.數(shù)據(jù)分析軟件
圖像重建：對捕捉到的光信號進(jìn)行三維重建，形成腫瘤細(xì)胞動態(tài)變化的直觀圖像。
定量分析：自動計算腫瘤尺寸、光子數(shù)等參數(shù)，跟蹤實驗進(jìn)展。
三、應(yīng)用場景
1.腫瘤生長與轉(zhuǎn)移監(jiān)測
優(yōu)勢：傳統(tǒng)方法需處死小鼠獲取數(shù)據(jù)，而活體成像可對同一批小鼠進(jìn)行長期觀測，降低實驗成本并提高數(shù)據(jù)可靠性。
案例：利用生物發(fā)光成像技術(shù)監(jiān)測甲狀腺癌（ATC）模型，清晰顯示腫瘤輪廓，驗證藥物療效。
2.抗腫瘤藥物研發(fā)
藥效評價：通過生物發(fā)光信號變化判斷藥物是否有效殺死腫瘤活細(xì)胞。
靶向分布研究：熒光標(biāo)記藥物或抗體，追蹤其在體內(nèi)的分布及代謝情況。
案例：輝瑞公司利用生物發(fā)光成像技術(shù)驗證抗腫瘤藥物Sutent的療效，發(fā)現(xiàn)其能顯著降低腫瘤光學(xué)信號，證明對活細(xì)胞的殺傷作用。
3.癌癥分子機(jī)理研究
基因功能研究：標(biāo)記癌癥相關(guān)基因，研究其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用。
案例：通過熒光素酶標(biāo)記p53基因，研究其抑癌作用，發(fā)現(xiàn)p53突變是腫瘤產(chǎn)生的主要因素之一。
4.干細(xì)胞與免疫研究
干細(xì)胞追蹤：標(biāo)記干細(xì)胞并示蹤其在體內(nèi)的增殖、分化及遷移過程。
免疫細(xì)胞功能評價：觀察免疫細(xì)胞對腫瘤細(xì)胞的識別和殺傷功能。
四、典型案例
1.納米材料遞送系統(tǒng)研究
背景：韓國科學(xué)技術(shù)院研究發(fā)現(xiàn)，糖萼模擬納米顆粒（GlyNPs）可通過組織和細(xì)胞選擇性將藥物運送到目標(biāo)器官。
方法：將不同組合的GlyNPs注射入小鼠體內(nèi)，利用活體成像系統(tǒng)（IVIS）進(jìn)行熒光成像，觀察其在肝臟、腎臟、脾臟等器官的生物分布。
結(jié)果：鑒定出高肝臟靶向（GlyNPB、GlyNPAB）、高腎臟靶向（GlyNPAD、GlyNPACD）和高脾臟靶向（GlyNPC、GlyNPAC）的納米顆粒組合。
2.腫瘤轉(zhuǎn)移機(jī)制研究
背景：納米顆粒（NPs）可能通過破壞血管內(nèi)皮鈣粘蛋白（VE-cadherin）促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。
方法：將MDA-MB-231-Luc細(xì)胞懸液靜脈注射入小鼠血管內(nèi)，給予TiO2 NPs處理后，利用IVIS光譜活體成像系統(tǒng)進(jìn)行生物發(fā)光成像。
結(jié)果：發(fā)現(xiàn)TiO2 NPs可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的血管內(nèi)滲和外滲，增加腫瘤負(fù)荷和巨噬細(xì)胞數(shù)目。
