小动物活体成像技术

分子成像的发展：       

       1999年，美国哈佛大学Weissleder等人提出了分子影像学（molecular imaging）的概念——应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行细胞和分子水平的定性和定量研究。传统成像大多依赖于肉眼可见的身体、生理和代谢过程在疾病状态下的变化，而不是了解疾病的特异性分子事件；分子成像则是利用特异性分子探针追踪靶目标并成像。这种从非特异性成像到特异性成像的变化，为疾病生物学、疾病早期检测、定性、评估和治疗带来了重大的影响。

       分子成像技术使活体动物体内成像成为可能，它的出现，归功于分子生物学和细胞生物学的发展、转基因动物模型的使用、新的成像药物的运用、高特异性的探针、小动物成像设备的发展等诸多因素。分子成像技术可用于——研究观测特异性细胞、基因和分子的表达或互作过程，同时检测多种分子事件，追踪靶细胞，药物和基因治疗*化，从分子和细胞水平对药物疗效进行成像，从分子病理水平评估疾病发展过程，对同一个动物或病人进行时间、环境、发展和治疗影响跟踪。

分子成像的特点：

        分子成像和传统的体外成像或细胞培养相比有着明显优点。首先，分子成像能够反映细胞或基因表达的空间和时间分布，从而了解活体动物体内的相关生物学过程、特异性基因功能和相互作用。第二，由于可以对同一个研究个体进行长时间反复跟踪成像，既可以进步数据的可比性，避免个体差异对试验结果的可影响，又不需要杀死模式动物，节省了大笔科研用度。第三，尤其在药物开发方面，分子成像更是具有划时代的意义。根据统计结果，由于进进临床研究的药物中大部分由于安全题目而终止，导致了在临床研究中大量的资金浪费，而分子成像技术的问世，为解决这一困难提供了广阔的空间，将使药物在临床前研究中通过利用分子成像的方法，获得更具体的分子或基因述水平的数据，这是用传统的方法无法了解的领域，所以分子成像将对新药研究的模式带来革命性变革。其次，在转基因动物、动物基因打靶或制药研究过程中，分子成像能对动物的性状进行跟踪检测，对表型进行直接观测和（定量）分析。

分子成像的应用领域：

       癌症与抗癌药物研究 ，免疫学与干细胞研究，细胞凋零，病理机制及病毒研究，基因表达和蛋白质之间相互作用，转基因动物模型构建，药效评估，药物甄选与预临床检验，药物配方与剂量管理，肿瘤学应用，生物光子学检测，食品监督与环境监督等。

小动物活体成像的基本原理：

光学原理：

      荧光发光是通过激发光激发荧光基团到达高能量状态，而后产生发射光。同生物发光在动物体内的穿透性相似，红光的穿透性在小动物体内比蓝绿光的穿透性要好，随着发光信号在体内深度的增加，波长越接近900nm的光线穿透能力越强，同时科消减背景噪音的干扰，近红外荧光为观测生理指标的*。在实验条件允许的条件下，应尽量选择发射波长较长的荧光蛋白或染料。

 标记原理：活体荧光成像技术主要有三种标记方法。

       1、荧光蛋白标记：荧光蛋白适用于标记细胞、病毒、基因等，通常使用的是GFP、EGFP、RFP等。

       2、荧光染料标记：荧光染料标记和体外标记方法相同，常用的有Cy3、Cy5、Cy5.5及Cy7等，可以标记抗体、多肽、小分子药物等。

       3、量子点标记：量子点是一种能发射荧光的半导体纳米微晶体，主要应用在活细胞实时动态荧光观察与成像。

注意事项：

        荧光发光需要激发光，但生物体内很多物质在受到激发光激发后，也会发出荧光，产生的非特异性荧光会影响到检测灵敏度。特别是当发光细胞深藏于组织内部，则需要较高能量的激发光源，也就会产生很强的背景噪音。生物发光作为体内报告源，不需要激发光的激发，它是以酶和底物的特异作用而发光，且动物体自身不会发光，这样生物发光就具有极低的背景。对于不同的研究，可根据两者的特点以及实验要求，选择合适的方法。