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活體生物發(fā)光成像技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
更新時間:2015-10-12   點擊次數(shù):1232次

活體生物發(fā)光成像技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

    活體生物發(fā)光成像技術(shù)是一項在某些領(lǐng)域有不可替代優(yōu)勢的技術(shù),比如腫瘤轉(zhuǎn)移研究、藥物開發(fā)、基因治療、干細胞示蹤等方面。

1.腫瘤學(xué)

    活體生物發(fā)光成像技術(shù)能夠讓研究人員能夠直接快速的測量各種癌癥模型中腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移以及對藥物的反應(yīng)。其特點是*的靈敏度使微小的腫瘤病灶(少到幾百個細胞)也可以被檢測到,比傳統(tǒng)方法的靈敏度大大提高了;非常適合于腫瘤體內(nèi)生長的定量分析;避免由于宰殺老鼠而造成的組間差異;節(jié)省動物成本。由于以上特點,使基于轉(zhuǎn)移模型、原位模型、自發(fā)腫瘤模型等方面的腫瘤學(xué)研究得到發(fā)展。建立腫瘤轉(zhuǎn)移模型,可以觀察腫瘤轉(zhuǎn)移情況,進一步探討腫瘤轉(zhuǎn)移的機制;可進行原位接種,觀察原位以及原位轉(zhuǎn)移模型,使腫瘤學(xué)研究更接近腫瘤臨床發(fā)病的微觀環(huán)境;通過建立自發(fā)腫瘤模型,可以觀察腫瘤發(fā)生機理。

2.藥物研究

    在藥效學(xué)評價方面,熒光素酶癌癥模型可用于癌癥體內(nèi)用藥在整體動物水平上進行長期療效跟蹤觀察。利用無創(chuàng)傷活體成像對癌細胞生長的檢測,可對癌癥治療之前和過程中的癌細胞的變化進行實時觀測和評估。這種方式提供一個很好的對癌細胞的反應(yīng)和復(fù)發(fā)評估的預(yù)診斷途徑。用活體成像的方法比傳統(tǒng)技術(shù)有更高的靈敏度,當(dāng)用傳統(tǒng)的方法還不能檢測到瘤塊時,用該技術(shù)已經(jīng)可以檢測到很強的信號。由于該技術(shù)只是檢測活細胞,不能檢測已經(jīng)凋亡的細胞。而用傳統(tǒng)的方法,不能區(qū)別正常細胞與凋亡的細胞,所以該技術(shù)可以比傳統(tǒng)技術(shù)更早更靈敏的發(fā)現(xiàn)藥物的療效。

    利用活體成像技術(shù)高靈敏度、觀察方便的特點,在抗腫瘤藥物臨床前研究中,通過給予腫瘤接種的小鼠不同劑量,不同給藥時間、不同給藥途徑,觀察抗腫瘤藥物的給藥途徑、給藥劑量及給藥時間,從而制定合適的劑型與服藥時間。

    在藥劑學(xué)研究方面,可以通過把熒光素酶報告基因的質(zhì)粒直接裝載在藥物載體中,觀察藥物載體的靶向臟器與體內(nèi)分布規(guī)律。在藥理學(xué)方面,還可以通過轉(zhuǎn)基因小鼠的應(yīng)用,觀察藥物作用的通路,用熒光素酶基因標(biāo)記某一個興趣基因,觀察藥物作用的通路。

3.基因治療

    基因治療是將正?;蚧蛴兄委熥饔玫幕蛲ㄟ^一定方式導(dǎo)入靶細胞以糾正基因的缺陷或者發(fā)揮治療作用,從而達到治療疾病目的。目前,基因治療主要是以病毒做載體,可應(yīng)用熒光素酶基因作為報告基因加入載體,觀察目的基因是否到達動物體內(nèi)的特異組織和是否持續(xù)表達,這種非侵入方式具有低毒性及免疫反應(yīng)輕微等優(yōu)點且可以直接實時觀察,了解病毒或載體侵染的部位和時域信息;熒光素酶基因也可以插入脂質(zhì)體包裹的DNA分子中,用來觀察脂質(zhì)體為載體的DNA運輸和基因治療情況;也可以表達熒光素酶基因的質(zhì)粒裸DNA為模型DNA,直接注入動物體內(nèi),利用生物發(fā)光成像可以分析不同載體、不同注射位點、不同注射量對熒光素酶基因表達的影響,同時也可以時空量化分析基因表達的分布、水平和持續(xù)時間。這種可視的方法直觀地評價DNA的轉(zhuǎn)染效率和表達效率,在基因治療研究中具有重要的指導(dǎo)作用。

4.干細胞及免疫學(xué)

    用熒光素酶標(biāo)記干細胞有以下幾種方法:一種是標(biāo)記組成性表達的基因,做成轉(zhuǎn)基因動物,干細胞就被標(biāo)記了,若干細胞移植到另外動物體內(nèi),可以用活體生物發(fā)光成像技術(shù)示蹤干細胞在體內(nèi)的增殖、分化及遷徙的過程;另外一種方法是用慢病毒直接標(biāo)記干細胞后,移植到體內(nèi)觀測其增殖、分化及遷徙過程,研究其修復(fù)、治療損傷或缺陷部分的效果,進一步探討其機制。
 
    可以通過標(biāo)記免疫細胞,觀察免疫細胞對腫瘤細胞等的識別和殺死功能,評價免疫細胞的免疫特異性、增殖、遷移及功能等;通過標(biāo)記異體細胞,觀察異體細胞對器官移植影響;也可進行一些關(guān)于免疫因子的研究等。

5.基因表達模式與基因功能研究

    研究基因表達可以從影響基因表達的各個不同的層面進行相關(guān)的研究,如利用融合蛋白(p27-luc融合蛋白研究其在Cdk細胞分裂周期的表達),興趣基因啟動子控制的熒光素酶(Catenin在腫瘤轉(zhuǎn)移的信號傳導(dǎo)機制),siRNA方式和轉(zhuǎn)基因動物等方法。
 
    為研究目的基因是在何時、何種刺激下表達,將熒光素酶基因插入目的基因啟動子的下游,并穩(wěn)定整合于實驗動物染色體中,形成轉(zhuǎn)基因動物模型。通過這種方法實現(xiàn)熒光素酶和目的基因的平行表達,從而可以直接觀察目的基因的表達模式,包括數(shù)量、時間、部位及影響其表達和功能的因素等;也可用于研究動物發(fā)育過程中特定基因的時空表達情況,觀察藥物誘導(dǎo)特定基因表達;以及其它生物學(xué)事件引起的相應(yīng)基因表達或關(guān)閉。

6.蛋白質(zhì)相互作用

    可利用動物體內(nèi)生物發(fā)光成像技術(shù)研究活體動物體內(nèi)蛋白與蛋白的相互作用。其原理是將分開時都不單獨發(fā)光的熒光酶的C端和N端分別連接在兩個不同的蛋白質(zhì)上,若是這兩個蛋白質(zhì)之間有相互作用,熒光酶的C端和N端就會被連接到一起,激活熒光素酶的轉(zhuǎn)錄表達,在有底物存在時出現(xiàn)生物發(fā)光。在活體條件下研究藥物對蛋白質(zhì)相互作用的影響,可以觀察到在體外實驗中無法模擬的活體環(huán)境對蛋白質(zhì)相互作用的影響。

7.細胞凋亡

    利用活體動物生物發(fā)光成像技術(shù),直接觀察活體動物體內(nèi)的細胞凋亡。具體原理是用分子生物學(xué)方法在熒光酶的兩端連接上抑制其發(fā)光的蛋白(如雌激素),但在其連接處加上caspase (細胞凋亡時特異表達的一種酶)的酶切點。細胞發(fā)生凋亡時,表達caspase,切開抑制熒光酶發(fā)光的蛋白,使熒光素酶開始發(fā)光。

8. 疾病機理

    可以標(biāo)記與某種疾病密切相關(guān)的基因,做成轉(zhuǎn)基因小鼠,通過特定的藥物作用或其他條件下該基因表達的變化,來推測該疾病的發(fā)病機理和藥物對疾病治療的效果等。


 

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