在腫瘤基礎(chǔ)機(jī)制探索與臨床前藥物研發(fā)中，小動(dòng)物模型（如小鼠、大鼠）是連接細(xì)胞實(shí)驗(yàn)與人體臨床研究的關(guān)鍵橋梁。傳統(tǒng)腫瘤研究依賴病理切片、組織勻漿等侵入性手段，需處死動(dòng)物才能獲取數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)同一模型的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)追蹤，且難以反映腫瘤在活體微環(huán)境中的真實(shí)生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及藥物響應(yīng)過(guò)程。小動(dòng)物活體成像技術(shù)的出現(xiàn)，以 “無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、多維度” 為核心優(yōu)勢(shì)，打破了這一局限，可在活體狀態(tài)下監(jiān)測(cè)腫瘤的形態(tài)、活性、代謝及微環(huán)境變化，成為推動(dòng)腫瘤研究向精準(zhǔn)化、動(dòng)態(tài)化發(fā)展的核心技術(shù)支撐。
主流小動(dòng)物活體成像技術(shù)及腫瘤研究應(yīng)用
當(dāng)前腫瘤研究中，小動(dòng)物活體成像技術(shù)已形成多技術(shù)協(xié)同的體系，不同技術(shù)基于原理差異，適用于不同研究場(chǎng)景，共同覆蓋腫瘤研究的全流程需求。
生物發(fā)光成像：高靈敏度的腫瘤活性追蹤工具
生物發(fā)光成像依托 “酶促發(fā)光” 原理，通過(guò)向小動(dòng)物體內(nèi)導(dǎo)入表達(dá)熒光素酶（如螢火蟲(chóng)熒光素酶、海腎熒光素酶）的腫瘤細(xì)胞或病毒載體，當(dāng)注射熒光素底物后，底物在熒光素酶催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放波長(zhǎng) 400-700nm 的可見(jiàn)光。該技術(shù)無(wú)需外源激發(fā)光，幾乎無(wú)組織自體熒光干擾，靈敏度極高，可檢測(cè)到體內(nèi)少至 10 個(gè)腫瘤細(xì)胞的微小病灶。
在腫瘤研究中，其核心應(yīng)用集中于腫瘤轉(zhuǎn)移追蹤與微小病灶監(jiān)測(cè)。例如，構(gòu)建穩(wěn)定表達(dá)熒光素酶的肺癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移模型后，通過(guò)生物發(fā)光成像可每周無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)小鼠肺部轉(zhuǎn)移灶的形成過(guò)程 —— 早期（接種后 1-2 周）即可捕捉到肺部微弱的發(fā)光信號(hào)，動(dòng)態(tài)記錄轉(zhuǎn)移灶從單個(gè)細(xì)胞定植到形成肉眼可見(jiàn)結(jié)節(jié)的全過(guò)程，且發(fā)光強(qiáng)度與腫瘤細(xì)胞數(shù)量呈線性相關(guān)，可量化評(píng)估轉(zhuǎn)移效率。此外，在腫瘤干細(xì)胞研究中，該技術(shù)還能追蹤熒光素酶標(biāo)記的腫瘤干細(xì)胞在體內(nèi)的定植、增殖能力，為解析腫瘤復(fù)發(fā)機(jī)制提供直接證據(jù)。
熒光成像：分子特異性的腫瘤靶向觀測(cè)手段
熒光成像通過(guò)外源激發(fā)光（如紫外光、可見(jiàn)光、近紅外光）照射小動(dòng)物體內(nèi)的熒光探針（如熒光染料、量子點(diǎn)、熒光蛋白），探針吸收能量后發(fā)射特定波長(zhǎng)的熒光，通過(guò)檢測(cè)熒光信號(hào)實(shí)現(xiàn)腫瘤定位。相比生物發(fā)光，熒光成像無(wú)需基因改造，可通過(guò)選擇靶向腫瘤標(biāo)志物（如 EGFR、CD44）的熒光探針，實(shí)現(xiàn)對(duì)天然腫瘤模型的特異性成像。
近紅外光（700-900nm）熒光成像是當(dāng)前腫瘤研究的主流選擇，因該波段光在組織中散射與吸收較弱，穿透深度可達(dá)數(shù)毫米，能清晰觀測(cè)皮下及淺層器官（如乳腺、肝臟）的腫瘤。例如，在乳腺癌原位模型研究中，將靶向 HER2 的近紅外熒光探針注射到小鼠體內(nèi)，探針與腫瘤細(xì)胞表面的 HER2 特異性結(jié)合，通過(guò)熒光成像可清晰區(qū)分腫瘤組織與正常乳腺組織，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤體積變化；同時(shí)，通過(guò)分析熒光信號(hào)強(qiáng)度，可量化腫瘤細(xì)胞表面 HER2 的表達(dá)水平，為靶向藥物（如曲妥珠單抗）的療效評(píng)估提供分子層面的依據(jù)。
光聲成像：兼顧結(jié)構(gòu)與功能的腫瘤微環(huán)境分析技術(shù)
光聲成像融合光學(xué)分子特異性與超聲穿透性，其原理是脈沖激光照射組織時(shí)，腫瘤區(qū)域的吸收體（如血紅蛋白、靶向探針）吸收能量后升溫膨脹，產(chǎn)生超聲壓力波，通過(guò)檢測(cè)超聲信號(hào)并重建三維影像。該技術(shù)既具備光學(xué)技術(shù)的分子特異性，又擁有超聲技術(shù)的深層穿透能力（可達(dá)厘米級(jí)），且無(wú)電離輻射，可同時(shí)獲取腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)與功能信息。
在腫瘤血管生成與微環(huán)境研究中，光聲成像表現(xiàn)突出。例如，在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中，通過(guò)檢測(cè)腫瘤區(qū)域血紅蛋白的光聲信號(hào)，可清晰顯示腫瘤血管的分支形態(tài)、密度分布，區(qū)分功能性血管與畸形血管；同時(shí)，通過(guò)分析氧合血紅蛋白與去氧血紅蛋白的信號(hào)比值，可量化腫瘤組織的氧飽和度，評(píng)估腫瘤缺氧程度 —— 這一功能對(duì)研究腫瘤耐藥機(jī)制至關(guān)重要，因缺氧環(huán)境會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)放化療敏感性下降，光聲成像可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)缺氧區(qū)域的變化，為優(yōu)化治療方案提供參考。
微型計(jì)算機(jī)斷層掃描（Micro-CT）與微型磁共振成像（Micro-MRI）：高分辨率的腫瘤結(jié)構(gòu)成像技術(shù)
Micro-CT 基于 X 射線衰減差異成像，空間分辨率可達(dá)微米級(jí)（5-10μm），能清晰顯示腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)、邊界及與周圍器官的毗鄰關(guān)系；Micro-MRI 則依托磁共振信號(hào)差異，軟組織對(duì)比度優(yōu)異，可區(qū)分腫瘤實(shí)質(zhì)、壞死區(qū)與水腫區(qū)，且無(wú)電離輻射，適合長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
兩者在腫瘤模型驗(yàn)證與藥物療效評(píng)估中不可或缺。例如，在胰腺癌原位模型中，Micro-CT 可精準(zhǔn)測(cè)量腫瘤體積，評(píng)估腫瘤對(duì)周圍胰腺導(dǎo)管、血管的侵犯情況；而 Micro-MRI 能更清晰地顯示腫瘤內(nèi)部的壞死區(qū)域，通過(guò)對(duì)比治療前后壞死區(qū)的變化，判斷藥物是否有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，在骨轉(zhuǎn)移模型研究中，Micro-CT 可靈敏檢測(cè)腫瘤導(dǎo)致的骨小梁破壞、骨密度降低，為抗骨轉(zhuǎn)移藥物的療效評(píng)估提供直觀的結(jié)構(gòu)證據(jù)。
技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向
盡管小動(dòng)物活體成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于腫瘤研究，仍面臨三大核心挑戰(zhàn)：一是穿透深度與分辨率的平衡 —— 熒光成像雖分子特異性強(qiáng)，但近紅外光穿透深度有限，難以觀測(cè)深層器官（如腦、腹腔）的腫瘤；二是運(yùn)動(dòng)偽影干擾 —— 小動(dòng)物呼吸、心跳等生理運(yùn)動(dòng)易導(dǎo)致影像模糊，影響腫瘤體積測(cè)量、血管形態(tài)分析的準(zhǔn)確性；三是探針的特異性與安全性 —— 部分熒光探針存在非特異性結(jié)合、體內(nèi)代謝緩慢等問(wèn)題，可能干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且部分放射性探針（如用于 PET 成像的探針）存在輻射風(fēng)險(xiǎn)，限制長(zhǎng)期使用。
未來(lái)，技術(shù)發(fā)展將圍繞 “突破局限、強(qiáng)化協(xié)同” 展開(kāi)：在成像性能方面，近紅外 II 區(qū)（1000-1700nm）熒光成像將成為主流，該波段光穿透深度是傳統(tǒng)近紅外光的 2-3 倍，可實(shí)現(xiàn)深層腫瘤的高分辨率成像；在運(yùn)動(dòng)校正方面，AI 驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)圖像配準(zhǔn)算法將廣泛應(yīng)用，通過(guò)捕捉呼吸相位信號(hào)，自動(dòng)抵消運(yùn)動(dòng)偽影，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；在多技術(shù)協(xié)同方面，“光聲 - MRI”“生物發(fā)光 - Micro-CT” 等多模態(tài)成像系統(tǒng)將成為趨勢(shì)，既能獲取腫瘤的分子功能信息（如活性、缺氧），又能獲取高分辨率結(jié)構(gòu)信息，實(shí)現(xiàn) “功能 - 結(jié)構(gòu)” 一體化分析；在探針研發(fā)方面，智能響應(yīng)型探針（如對(duì)腫瘤酸性微環(huán)境、特定酶敏感的探針）將進(jìn)一步發(fā)展，提升腫瘤靶向特異性，同時(shí)降低對(duì)正常組織的毒性。
小動(dòng)物活體成像技術(shù)通過(guò) “無(wú)創(chuàng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)”，徹底改變了腫瘤研究的范式，從 “靜態(tài)切片分析” 轉(zhuǎn)向 “動(dòng)態(tài)活體追蹤”，為解析腫瘤生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移機(jī)制、篩選靶向藥物、優(yōu)化治療方案提供了不可替代的工具。隨著技術(shù)的不斷突破，該技術(shù)將進(jìn)一步縮小小動(dòng)物模型與人體臨床研究的差距，加速腫瘤研究成果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。
