活体生物发光成像技术应用领域问题解答

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发布日期：2012-02-10 09:59 文章来源：Berthold
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细菌标记问题

对于细菌标记，一般利用发光酶基因操纵子luxABCDE控制的编码荧光素酶的基因和编码荧光素酶底物合成酶的基因组成。 利用这种办法进行标记的细菌会持续发光，不需要外源性底物。但是一般细菌标记需要转座子的帮助把外源基因插入到细菌染色体内稳定表达。

正常成体小鼠可以看到体内发光吗？ 是否不需要裸鼠？

可以。成体老鼠和裸鼠，幼鼠及胚胎的区别只在与对可见光的穿透性不同，我们的技术可以看到成体正常老鼠的体内发光。这正是这项技术的价值所在。可见光的穿透能力在3-4cm，所以大鼠也可以作为活体成像的动物， 并有很多关于大鼠的文章。

为何能看到体内发出的可见光？

两个主要原因使能够看到体内发出的微弱的可见光。一是高灵敏度的制冷CCD镜头，可达到零下-105°C，使体内发出的非常少的光子也能够检测到。 二是绝对密封的暗箱装置，可以屏蔽包括宇宙射线在内的所有光线。

能检测在组织内部的发光吗？光能透过肌肤多深？

可以。若有发光足够强的标记细胞，在老鼠体内任何一个地方都能看到约一立方毫米的细胞瘤(约10⁶细胞)。穿透性可达到3-4CM 。

仪器灵敏度如何？

仪器对发光细胞检测的灵敏度与细胞发光的强度有关。在标记细胞活跃发光的情况下， 仪器可以检测到最少100个皮下接种的发光细胞。若细胞在体内位置深(如原位种植)，比如内脏，最少能检测到的细胞数目需要多一些。一般每增加0.5cm可检测到的最少细胞数增加一个数量级。具体评论见BLOOD 2003 年的一篇文章：

“the sensitivity of cell detection in vivo is surprisingly high and exceeds even the sensitivity of detection by flow cytometry ex vivo. As few as 7x103 cells are detectable in the lungs early after injection, 2-2.5x104 cells within liver or spleen, and as few as 1x104 tumor cells within the BM of a femur give rise to a sufficient signal to be detected externally. In other experiments using cells with even higher luciferase expression, as few as 100 cells can be reliably detected in the peritoneal cavity of living animals. BLOOD, 2003, V.101, pp640-8

能检测分散在各处的单个细胞吗?

可以检测到流体的细胞，只要细胞总数达到100以上。我们可以提供许多文章，其中用荧光素酶标记了T细胞，NK细胞，造血干细胞和其他淋巴细胞。在这些标记的细胞总数达到一百以上时，我们的仪器可以观察到信号。IVIS 200的体外检测可以观察到单个细胞。

体内可见光技术的发展过程是怎样的？

精诺真的研究人员在1995年对此技术开始研究，技术在1999年才开始成熟，精诺真的商业产品在2000年出现在市场上。但大量的研究工作是在最近两年才开始的。技术开始流行起来，多数的文章也是在最近两年发表的。国内已经有四家单位购买了该系统进行相关的研究，有很多的科研工作者对这项技术产生了浓厚的兴趣，越来越多的人开始计划用该技术进行肿瘤学、流行病学、药物研究等。

可以用该技术研究基因表达吗？

可以，研究基因表达可以从影响基因表达的各个不同的层面进行相关的研究，如利用融合蛋白（p27-luc融合蛋白研究其在Cdk细胞分裂周期的表达Nature Medicine 2004）, 兴趣基因启动子控制的荧光素酶（Catenin在肿瘤转移的信号传导机制Nature 2005）, iRNA方式（HCV-luc的iRNA抑制表达Nature 2002）, 和转基因动物（NFkB在Hypoxia的表达JCI 2004）等方法。若有兴趣，可以与我们索取相关文章。

可以研究蛋白质核运输吗？

可以。研究方法类似于研究蛋白质相互作用的方法。在荧光素酶基因的一端接要研究的蛋白质的基因，另一端接肯定在细胞核内表达的蛋白的基因，当核外的蛋白运输到核内时，就会导致荧光素酶N断、C端靠近，恢复发光。

该技术只是能示踪细胞的走向，而不能进行相关的机理研究？

不对。该技术最初的应用是在观察肿瘤细胞、病原微生物或干细胞的走向，分布等，但是目前随着该技术的普及，其应用已经扩展到很多方面，原来只能在分子水平上研究的内容，现在也可以在整体动物水平上进行更接近活体环境状态的研究，如蛋白质相互作用，细胞凋亡，基因表达等等。 基本上把分子生物学在体外的一些研究方法在体内进行实现。由于体内与体外的各种微环境上的差异，造成体外实验结果对活体生物机理研究的局限性，相信在整体水平的研究，必将有广阔的发展空间。

在药物临床前研究中的应用如何？

利用活体成像技术高灵敏度，观察方便的特点，在抗肿瘤药物临床前研究中，通过给予肿瘤接种的小鼠不同的剂量，并不同的给药时间、不同的给药途径，观察抗肿瘤药物的最佳给药途径、给药剂量并给药时间，从而制定合适的剂型与服药时间。我们搜集了许多药物研究方面的相关文献，请同我们联系， 希望与您共享。

相对于传统技术，在肿瘤学研究中的优势在哪里？

有更高的灵敏度，可以定量研究，可以方便的观察肿瘤转移与复发的情况，可以避免由于宰杀老鼠而造成的组间差异，可以节省动物的成本。 并且应为这项技术的超灵敏性，微小的肿瘤转移灶（少到100多个细胞）就可以检测到。 比用传统方法可以检测到的灵敏度大大提高。也可应用转基因技术制作自发肿瘤模型从事相关的研究。

如何进行相关疾病机理的研究？

可以标记与某种疾病密切相关的基因，做成转基因小鼠，通过特定的药物作用或其他条件下，该基因表达的变化，来推测该疾病的发病机理，药物对该疾病治疗的效果等。我们已经标记好了几十种转基因动物提供给研究人员，也提供相关方面的服务。

在中医学方面的应用前景如何？

由于该技术在整体动物水平上观察生物学变化，与中医的整体观念有些相似。目前，有很多中药在治疗疾病上有很好的疗效，但是由于其复杂的组分，复杂的作用机理，很难用目前的分子水平的研究解释清楚。如果从宏观的水平，根据所研究内容的不同，应用该技术的一些疾病模型，从基因表达等方面观察某些中药的治疗效果，将是一个不错的方向。台湾的中医学界在这个方面有很深的研究。

在免疫学领域应用如何？

观察流体细胞在体内的动向和变化是这个技术的一大优势。 可以标记免疫细胞，如T 细胞，NK细胞，观察免疫细胞对肿瘤细胞的识别和杀死。也可以标记干细胞及异体细胞，观察干细胞演化和器官移植的研究。也有一些关于免疫因子的研究报道等。

相对传统技术，在抗生素药物筛选方面的优势如何？

同一批老鼠持续观察，避免个体间差异； 有更高的灵敏度，可以在感染早期就进行活体观察。可以有结构信息，在活体动物整体上观察感染途径。定量，可以比较各个器官的感染程度，更直观。现今已有很多跨国公司利用此技术结果作为药物临床前重要的数据报给FDA。 请同我们联系，我们可以提供相应资料。

在RNA阻断方面的应用如何？可以标记siRNA吗？

可以用荧光素酶基因标记兴趣基因，利用荧光素酶的iRNA观察其对兴趣基因的表达抑制（Nature 2002）。也可以标记肿瘤细胞，间接观察阻断RNA对肿瘤细胞的识别和杀伤。

编辑: cq

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