一、 技術簡介
活體生物熒光成像技術(in vivo bioluminescence
imaging)是近年來發展起來的一項分子、基因表達的分析檢測系統。它由敏感的CCD及其分析軟件和作為報告子的熒光素酶(luciferase)以及熒光素(luciferin)組成。利用靈敏的檢測方法，讓研究人員能夠直接監控活體生物體內腫瘤的生長及轉移、感染性疾病發展過程、特定基因的表達等生物學過程。傳統的動物實驗方法需要在不同的時間點宰殺實驗動物以獲得數據,
得到多個時間點的實驗結果。相比之下，可見光體內成像通過對同一組實驗對象在不同時間點進行記錄，跟蹤同一觀察目標（標記細胞及基因）的移動及變化，所得的數據更加真實可信。因其操作極其簡單、所得結果直觀、靈敏度高等特點,
在剛剛發展起來的幾年時間內，已廣泛應用于生命科學、醫學研究及藥物開發等方面。
二、 原理
活體生物熒光成像技術是指在小的哺乳動物體內利用報告基因-熒光素酶基因表達所產生的熒光素酶蛋白與其小分子底物熒光素在氧、Mg2+離子存在的條件下消耗ATP發生氧化反應,
將部分化學能轉變為可見光能釋放。然后在體外利用敏感的CCD設備形成圖像。熒光素酶基因可以被插入多種基因的啟動子(promoter),
成為某種基因的報告基因, 通過監測報告基因從而實現對目標基因的監測。
生物熒光實質是一種化學熒光,螢火蟲熒光素酶在氧化其特有底物熒光素的過程中可以釋放波長廣泛的可見光光子, 其平均波長為560 nm(460-630
nm), 這其中包括重要的波長超過600 nm的紅光成分。 在哺乳動物體內血紅蛋白是吸收可見光的主要成分, 能吸收中藍綠光波段的大部分可見光;
水和脂質主要吸收紅外線, 但其均對波長為590-800 nm的紅光至近紅外線吸收能力較差, 因此波長超過600
nm的紅光雖然有部分散射消耗但大部分可以穿透哺乳動物組織被敏感的CCD camera檢測到。
三、技術優勢
1．無創傷性;
2．可多次重復在不同時間點檢測;
3．快速掃描成像(時間少于5 min);
4．可以使實驗動物整體成像;
5．同一實驗動物體內獲得全部時間點的整體數據,用極少的實驗動物而迅速獲得更全面的數據,大大地節省了時間及經費,減少了不同實驗動物之間的個體差異。
四、應用
1． 在腫瘤方面的應用
它可以快速的測量各種癌癥模型中腫瘤的生長, 并可對癌癥治療中癌細胞的變化進行實時觀測評估;
可以無創傷地定量檢測小鼠整體的原位瘤、轉移瘤及自發瘤。如Hollingshead 等利用人類膠質瘤細胞系U251構建U251-HRE細胞,
其中的熒光素酶基因表達受可誘導啟動子的操控, 低氧狀態為其誘導條件, 因此在細胞處于低氧狀態下熒光素酶基因開始表達.
將此腫瘤細胞sc于裸鼠體內, 腫瘤增殖早期并無明顯熒光素酶表達, 當腫瘤達到了300-500 mg時, 局部組織出現低氧狀態,
此時可監測到熒光素酶顯著表達. 這種方法不僅僅監測腫瘤本身, 更重要的是可以監測腫瘤細胞所處的微環境.
2． 在監測感染和炎癥方面的應用
熒光素酶基因標記病毒和細菌, 利用活體生物熒光成像技術可以檢測到，并能連續觀察其對機體的侵染過程以及抗病毒藥物和抗生素對其病理過程的影響。如Contag et 等用細菌熒光素酶標靶沙門菌, 并用活體生物熒光成像追蹤細菌感染.。
3． 活體生物熒光成像技術和細胞示蹤
活體生物熒光成像技術還可應用到免疫細胞、干細胞、細胞凋亡等研究領域.。如Costa 等通過活體生物熒光成像可以追蹤到T淋巴細胞聚集于中樞神經系統。