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动物活体光学成像的概念

博鹭腾生物

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动物活体光学成像(Optical in vivo Imaging),指利用光学的探测手段结合光学探测分子对实验动物进行成像,来获得动物体内生物学信息的方法。根据探测方式的不同,光学成像可分为生物发光成像、荧光成像、上转换荧光成像、切伦科夫成像和 X-ray 成像等。其中,最常用到的是生物发光成像和荧光成像。生物发光是用荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或 DNA,而荧光技术则采用荧光报告基团(GFP、RFP、Cyt 及 dyes 等)进行标记。

动物活体光学成像通过将目的基因、细胞、药物分子等做上标记后注射到动物体内。标记物多种多样,例如:萤火虫荧光素酶基因、荧光蛋白、荧光染料、量子点及其他纳米荧光颗粒等。体内光源发出的光,经过散射吸收后到达表面形成光斑。透过灵敏的光学元件(如 CCD),可将光信号转换成为电信号,再转换成图像输出。


动物活体光学成像原理示意图

与传统实验相比,动物活体光学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,对动物体内靶点、信号通路、代谢过程及动物活体内证实生物过程模型起到更好的探索作用;其次,由于可以对同一个研究个体进行长时间反复跟踪成像,既可以提高数据的可比性,避免个体差异对实验结果造成影响,又不需要杀死实验动物,减少实验动物的使用量;再者,在转基因动物研究过程中,可以更早期、更快速、高通量精确筛选目标动物,具有廉价、灵敏、定量和可重复性的检测特性,同时节约时间成本,提高实验效率。

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