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活体成像系统是利用生物发光及荧光技术在活体动物体内进行生物标记,通过光学成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的生物学过程。可以动态的监测整个活体内生物学事件的发生、发展。
活体成像系统主要采用生物发光与荧光2种技术在活体动物体内进行生物标记,通过成像系统来监测被标记动物体内分子及细胞等的发展进程,以及进行相关的生物、药物ZL研究。
目前,活体成像系统的主要手段包括结构成像(解剖成像)及功能成像(分子成像)。以光学成像、小动物正电子断层扫描、小动物单光子发射体层摄影术为代表的动物功能成像技术不但能即时反映活体动物体内的细胞分布及基因表达,还能动态观察活体动物体内分子生物学过程,活体光学成像与micro-CT、核磁共振成像、超声等结构成像手段结合,能为动物实验提供更客观的数据、更确切的分子生物特性。
1、活体肿瘤标记技术
绿色荧光蛋白(GFP)、β-半乳糖苷酶、萤火虫荧光素酶等是目前应用较广的活体成像系统生物标记。GFP受蓝、紫光照射可自发地发出绿色荧光,其信号强度高,易于被捕获,且GFP不需底物,对组织、细胞,故在肿瘤生长、药效评价和基因ZL等方面都得到了广泛应用。GFP的缺点在于发射波长较短,穿透力稍差,对显示深部肿瘤及微小病灶存在一定局限性。以β-半乳糖苷酶、萤火虫Luc标记的细胞较GFP更适合于深部组织肿瘤及远处转移微小病灶的研究。
2、标记抗肿瘤药物
肿瘤早期,当运用解剖成像方法尚无法检测到肿瘤病灶时,活体成像系统便可检测到肿瘤发光信号,灵敏度较高。此外,解剖成像不能区分活细胞与凋亡细胞,活体成像系统可检测到肿瘤活细胞信号,且不显示已经凋亡的肿瘤细胞信号。在抗肿瘤药物研究中,把标记过的抗肿瘤药物运用在活体动物体内,给予已接种肿瘤的小鼠以不同ZL方式、不同剂量、不同疗程的抗肿瘤药物。
利用活体成像系统,在不同时间点动态观察癌细胞在活体内的生物学变化特点,观察抗肿瘤药物的Z佳ZL方式、剂量、给药时间等,也可标记肿瘤细胞,间接观察阻断RNA对肿瘤细胞的识别和杀伤。
活体成像系统在标记、示踪细胞方面运用了生物发光和荧光2种技术,生物发光对标记少量细胞(5~300个/视野)较敏感,荧光对标记细胞数量大于300个/视野较敏感,利用生物发光技术检测到细胞数量Z少可至3个/视野。示踪细胞指在不同时间点对细胞存活状态及分布走向进行观察,有报道可示踪的细胞包括造血干细胞、心肌干细胞、神经干细胞、细胞因子诱导的杀伤细胞等。
标记免疫细胞的主要特点是观察流体细胞在体内的动向和变化,常用于标记T细胞、自然杀伤细胞等,也可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。有报道将Luc标记的造血干细胞移植入脾及骨 髓,可用于实时监测活体动物体内干细胞造血过程的早期事件及动力学变化。观察免疫细胞对肿瘤细胞的识别、杀伤时可应用带有生物发光标记的转基因小鼠淋巴细胞,检测放射、化学ZL的效果,寻找抗肿瘤免疫ZL中的细胞机制。
利用细菌Luc基因可以分别标记革兰阳性细菌和革兰阴性细菌。用标记好的细菌侵染活体动物,观测细菌在动物体内的繁殖部位、数量变化及对外界因素的反应,再通过活体成像系统对已标记细菌在活体内对药物的反应进行观察,并对比实验数据进行系统研究,筛选出药物Z佳剂量、给药浓度及时间,还可观察记录药物不同剂量对活体的毒副作用。
活体成像系统标记细菌及病毒的优点主要有以下几方面:①同一批老鼠持续观察,避免个体间差异;②有更高的灵敏度,可以在感染早期就进行活体观察;③可以有结构信息,在整体上观察活体动物的感染途径;④定量观察可以比较各个器官的感染程度。在活体成像系统标记病毒方面,有报道用Luc基因来标记1-型单纯疱疹病毒,可观察到HSV-1病毒对肝脏、肺、脾及淋巴结的侵入和病毒从血液系统进入神经系统的过程。
活体成像系统可以从影响基因表达的各个不同的层面进行基因研究,可用于某种疾病的基因表达、转基因动物试验以及基因ZL等。在血管内皮生长因子受体2-Luc转基因小鼠体内标记胚胎细胞,在发育的过程可动态监测到小鼠体内VEGFR2发光信号逐渐降低,至小鼠出生后VEGFR2表达的。同样,研究者可根据研究方向,将靶基因、靶细胞、病毒及细菌进行Luc标记后发光信号消失转入动物体内,形成研究所需的各种小动物疾病模型,包括肿瘤、免疫系统疾病、感染疾病等。
活体成像系统应用于基因ZL方面,可将1个或多个感兴趣的基因及其产物安全而有效的传递到体内靶细胞,再通过某种Luc观察目的基因是否在试验动物体内持续地特异性表达或是YZ,基因ZL也是包括肿瘤等多种疾病综合ZL的新热点、新领域。
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