活体动物体内成像技术
神经科学研究中的活体成像技术
神经科学研究中的活体成像技术神经科学是研究神经系统的结构和功能，以及神经系统与行为之间的相互关系的学科。
近年来，随着科学技术的发展，活体成像技术在神经科学研究中发挥着重要的作用。
活体成像技术是指在活体动物体内观察和记录器官、细胞和分子的动态过程的技术手段。
在神经科学研究中，活体成像技术能够提供详细的关于神经系统结构和功能的信息，帮助科学家深入了解神经系统的工作原理。
下面将介绍几种常见的活体成像技术。
首先是光学成像技术，如荧光成像和双光子显微镜。
荧光成像技术利用标记的荧光物质来观察和记录细胞和分子的活动。
这种技术可以实时观察神经元的突触活动、脑内钙离子浓度的变化以及信号传递的过程，揭示神经系统的动态运作。
双光子显微镜则具有更高的空间分辨率和更大的透射深度，能够观察更深层次的神经元和突触活动。
其次是磁共振成像（MRI）技术。
MRI利用强大的磁场和无线电波来获取人体组织的详细图像。
在神经科学研究中，MRI可以用来观察大脑活动的时空特征、脑结构的变化以及神经系统中不同区域的连接方式。
通过MRI技术，科学家可以探索脑与行为之间的关系，进一步理解神经系统的功能。
另一种常见的活体成像技术是电生理记录。
这种技术通过记录神经元的电活动来观察和理解神经系统的功能。
单细胞记录可以记录单个神经元的活动，如静息状态、动作电位和突触传递等。
此外，电生理记录还可以用于观察神经回路的活动，揭示神经系统各个区域之间的相互作用和同步性。
此外，现代的基因工程技术也为神经科学研究提供了活体成像的工具。
例如，发光蛋白（如GFP）的基因工程技术可将其植入到特定的神经元或细胞中，使其在特定条件下发出荧光信号。
这种技术可以实时观察和记录特定细胞类型的活动，并帮助科学家研究神经元的连接和功能。
活体成像技术的发展使神经科学研究取得了巨大的进展。
通过这些技术，我们能够更加深入地了解神经系统在正常和病态条件下的运作方式。
这对于理解和治疗神经系统疾病，如帕金森病和阿尔茨海默病等，具有重要的意义。
活体成像系统
活体成像系统（in vivo imaging system）主要采用生物发光（bioluminescence）和（fluorescence）两种技术在活体动物内进行生物标记，通过成像系统来检测被标记的动物体内分子和或细胞的生物发展进程，并进行相关的生物、药物治疗研究，在体外检测、干细胞研究、纳米药物的传输等方面有着广泛的应用。
1.利用活体成像系统标记、示踪干细胞活体成像实验中常用萤火虫荧光素酶或亲脂性荧光素染料直接标记干细胞，从而监测干细胞在活体动物内的移植、存活、增殖；示踪干细胞在体内的分布于迁移；诱导多能干细胞在移植鼠体内的分化存活及免疫排斥。
利用生物发光和荧光不但可以监测到活体内细胞增殖，还可监测凋亡细胞事件，标记凋亡细胞可用于包括AIDS、神经退行性疾病、脊髓炎综合征、缺血／再灌注损伤及肿瘤等细胞增殖一调亡的平衡被破坏而发生的一系列相关疾病的研究。
2.利用活体成像系统进行纳米诊断癌症早期精准检测诊断对其治疗具有重要的意义，肿瘤标志物的传统检测方法存在敏感性与特异性方面的问题。
对于早期诊断来说，诊断灵敏度是其中至关重要的因素。
利用纳米粒子的独特的光、电、热、磁和力学性能，可以显著增强检测的灵敏度与特异性。
目前，基于纳米粒子的肿瘤疾病诊断技术主要包括早期肿瘤标志物检测技术、活体动态多模式影像诊断技术等。
例如，将能够识别肿瘤细胞表面受体的特异性配体与纳米粒子结合，待纳米粒子与肿瘤细胞特异性结合后，利用物理方法如测试传感器中的磁讯号、光讯号等，通过成像系统显影，能够对体内是否存在恶性肿瘤进行早期诊断。
除了诊断功能外，利用纳米诊断材料与肿瘤细胞结合的特性，进行肿瘤细胞示踪与捕获杀灭，实现诊断-治疗一体化是肿瘤纳米诊断治疗技术的重要目标。
3.利用活体成像系统检查标记的肿瘤细胞或抗肿瘤药物在肿瘤研究中，活体成像技术被用来检测肿瘤的生长，从而对基因治疗和抗癌药物的药效的进行评价，此外还应用于多种癌症，如肺癌、乳腺癌、膀胱癌等的活体动物模型的建立。
小动物活体成像的原理
小动物活体成像的原理X射线成像是一种常见的医学成像技术，它利用X射线的穿透能力，将小动物的内部结构投影到X射线片上。
X射线片上的图像显示出不同组织的不同程度的吸收能力，从而形成清晰的图像。
这种技术特别适用于骨骼成像，可以帮助医生诊断骨折、畸形和其他骨骼问题。
然而，X射线成像对软组织的成像效果相对较差，因为软组织对X射线的吸收能力较低。
MRI（磁共振成像）是一种基于磁场和无线电波的成像技术，它可以生成高分辨率的图像，显示出小动物的内部结构和组织。
MRI利用磁场和无线电波与人体内的氢原子核相互作用，进而生成图像。
不同组织中的氢原子核会以不同的方式响应磁场和无线电波，从而形成不同的信号。
通过对这些信号的分析，可以得到高质量的图像，可以清晰地显示出小动物的内部结构。
PET（正电子发射断层成像）是一种核医学成像技术，它利用放射性同位素的分布来成像。
在PET扫描中，小动物被注射一种含有放射性同位素的物质，这种物质会发射出正电子。
当正电子与负电子相遇时，会产生两个相互运动的光子，这两个光子沿着相反的方向飞行。
PET仪器能够探测到这两个光子，并利用它们的信息来重建出小动物内部的三维图像。
PET扫描特别适用于研究小动物的代谢和功能活动，如脑部活动和肿瘤发展等。
除了以上介绍的成像技术，还有许多其他的小动物活体成像技术，如超声成像、光学成像和多光子显微镜等。
这些技术各有特点，可以用于不同类型的研究和临床应用中。
例如，超声成像是一种通过声波的反射和传播来成像的技术，可以实时观察小动物内部的结构和运动。
光学成像则利用光的散射和吸收特性来成像，适用于观察小动物的血流和氧合情况。
多光子显微镜则结合了光学和激光技术，可以实现高分辨率的三维成像。
小动物活体成像技术为科学家们提供了一种非侵入性的手段，可以深入了解小动物的内部结构和功能。
这些技术在医学研究、药物开发和疾病诊断等方面都有重要的应用价值。
随着科技的不断进步，相信小动物活体成像技术将会越来越先进，为科学家们带来更多的发现和突破。
活细胞成像ppt
3. 实验过程
通过分子生物学克隆技术, 应用单克隆细胞 技术的筛选，将荧光素酶的基因稳定整合到 预期观察的细胞的染色体内，培养出能稳定 表达荧光素酶蛋白的细胞株。
典型的成像过程
小鼠经过麻醉后放入成像暗箱平台，软件控制平台 的升降到一个合适的视野，自动开启照明灯拍摄第 一次背景图。下一步，自动关闭照明灯,在没有外界 光源的条件下拍摄由小鼠体内发出的光，即为生物 发光成像。 与第一次的背景图叠加后可以清楚的显 示动物体内光源的位置，完成成像操作。之后，软 件完成图像分析过程。
活体动物体内成像技术 李富荣
主要采用生物发光与荧光两种技术
生物发光：用荧光素酶基因标记细胞或DNA. 荧光技术：采用荧光报告基团（GFP、RFP,
Cy5及Cy7等）进行标记。
技术优势
●利用一套非常灵敏的光学检测仪器，让 研究人员能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ直接监控活体生物体内 的细胞活动和基因行为。
●通过这个系统，可以观测活体动物体内 肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展 过程、特定基因的表达等生物学过程。
4．荧光成像功能
荧光发光：是通过激光激发荧光基团而产生 发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色 荧光蛋白DsRed 及其它荧光报告基团，标记 方法与体外荧光成像相似。荧光成像具有费 用低廉和操作简单等优点。
●荧光信号远远强于生物发光，但非特异性荧 光产生的背景噪音使其信噪比远远低于生 物发光。这些背景噪音造成荧光成像的灵 敏度较低。
（2） 免疫学与干细胞研究
●将荧光素酶标记的造血干细胞移植入脾及骨髓， 可用于实时观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。
●有研究表明，应用带有生物发光标记基因的小鼠 淋巴细胞，检测放射及化学药物治疗的效果，寻 找在肿瘤骨髓转移及抗肿瘤免疫治疗中复杂的细 胞机制。
EYFP 活体成像
EYFP 活体成像活体成像技术主要是利用一套非常灵敏的光学检测仪器，能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。
通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移，感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。
其优点为较传统屠宰动物相比，该技术能够对同一种实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。
目前主要采用生物发光（bioluminescence ）与荧光（fluorescence ）两种技术。
1：技术原理活体生物发光技术是指在小的哺乳动物体内利用报告基因（如荧光素酶基因）表达所产生的荧光素酶蛋白与其小分子底物荧光素在氧、Mg2+离子存在的条件下消耗ATP发生氧化反应，将部分化学能转化为可见光能释放，然后在体外利用敏感的CCD设备形成图像。
荧光素酶报告基因质粒可以被插入多种基因的启动子，成为某种基因的报告基因，通过检测报告基因从而实现对目标基因的监测。
生物荧光其本质为化学荧光，荧光素被荧光素酶氧化的过程中可以释放波长广泛的可见光光子，其波长范围为460-630nm（平均波长为560nm）。
在哺乳动物体内血红蛋白是吸收可见光的主要成分，能吸收蓝绿光波段中的大部分可见光；水和脂质主要吸收红外线，但其均对波长为590-800nm的红光近红外线吸收能力较差，因此波长超过600nm的红光虽然有部分散射消耗但大部分可以穿透哺乳动物组织被高灵敏的CCD检测到。
2：应用范围癌症与抗癌药物研究；免疫学与干细胞的研究；细胞凋亡；病理机制及病毒研究；基因表达和蛋白质之间相互作用；转基因动物模型构建；药效评估；药物甄选与预临床检验；药物配方与剂量管理；肿瘤学应用；生物光子学检测；视频监督与环境监督等。
1：肿瘤学活体成像技术可以在近无创条件下对活体组织或小动物体内的生物学行为进行成像跟踪，已被广泛应用于肿瘤研究中。
活体生物发光成像技术能够让研究人员能够直接快速的测量各种癌症模型中肿瘤的生长、转移以及对药物的反应。
小动物活体成像技术的原理及操作方法
小动物活体成像技术的原理及操作方法小动物活体成像技术是一种用于非侵入性的观察小动物体内活动的技术。
它可以通过显影小动物的生物分子、细胞、组织、器官以及整体结构，从而获取关于它们的形态、功能和代谢信息。
在医学研究、药物研发和临床诊断中，小动物成像技术具有重要的应用价值。
1.光学成像：光学成像是利用光线通过生物组织时的散射和吸收特性来观察和记录组织的形态和功能。
这种技术包括荧光成像、双光子显微镜、光声成像等。
其中，荧光成像是利用特定的分子标记物与目标分子结合后的荧光信号进行成像，而双光子显微镜则采用长波长激光来更深入地穿透生物组织进行成像。
2. 核磁共振成像（MRI）：MRI利用静磁场和脉冲磁场来获取生物组织的形态和功能信息。
其原理是通过对核自旋在静磁场中的预cession以及脉冲磁场的激发和接收来获取信号，并通过计算重建成图像。
3.正电子发射断层扫描（PET）：PET利用放射性同位素标记的生物分子来观察和记录生物组织的代谢、功能和分布情况。
其原理是标记荧光物质与目标分子发生放射性衰变并释放正电子，然后通过正电子与电子相遇并发生湮灭反应，产生两个光子，再通过和PET仪器接收器相遇并形成探测信号，最终通过计算重建出成像。
1.选择合适的动物模型：根据实验目的和需要，选择适合的小动物模型，例如小鼠、大鼠等。
确保动物的健康和生理状况符合实验要求。
2.准备适当的标记物：根据研究需求，选择合适的标记物。
标记物可以是荧光染料、放射性同位素、磁共振对比剂等，用于标记目标分子或组织。
3.标记物注射或给药：将选择的标记物进行注射或给药，使其能够与目标分子或组织结合。
4.成像设备设置：根据实验要求，将成像设备进行适当的设置，例如调整光源、控制磁场强度等。
5.成像操作：对标记物注射或给药后的小动物进行成像操作。
操作过程中可以根据需要调整成像参数，如曝光时间、扫描时间等。
6.数据分析和解释：对成像结果进行数据分析和解释，提取关键信息，评估实验效果，并与其他实验数据进行比较和验证。
ivis小动物活体成像原理
ivis小动物活体成像原理IVIS小动物活体成像技术是一种非常先进的体内活体成像技术，通过利用进阶成像技术，可以观察小动物体内的生物过程，对小动物模型的生理状况等进行研究，从而为治疗疾病的研发提供基础支持。
IVIS小动物活体成像技术的原理IVIS小动物活体成像技术的原理是利用各种光源激发小动物体内的荧光信号，通过荧光信号的强度或荧光成像分析来诊断或分析小动物的整体或某一组织器官的代谢。
荧光成像可以用于实时监测小动物模型的生理过程，观察细胞、分子和肿瘤的病理学表现，评估药品的治疗效果。
在IVIS小动物活体成像技术中，有三个主要的成像原理：1. 荧光素生物成像原理荧光素在小动物体内氧化成荧光素酶，荧光素酶可以将D-luciferin转化成氧化荧光素（Luciferase）。
Luciferase反应会放出能量以荧光形式发射，产生很强的荧光信号。
2. 量子点生物成像原理量子点是一种可以发光的半导体纳米粒子，由于量子点在空间和时间的分辨率非常细致，在感受器官、观察分子生物学过程方面得到了广泛的应用。
因此，量子点被广泛地应用在活体成像领域。
3. 彩色化学成像原理彩色化学成像采用与荧光素和量子点相比更加分散，但是可以通过化学发光实现成像，例如X荧光素染料（X-gal）是一种产生蓝色信号的底物，可以用来检测beta-加氧酶活性。
IVIS小动物活体成像技术的应用IVIS小动物活体成像技术已经成功地应用于心血管和内分泌疾病研究、生物感应和疫苗研发、神经退行性疾病、血液学、癌症和肿瘤治疗等方面。
其中，荧光素生物成像技术在肿瘤研究方面得到了广泛的应用。
研究人员可以使用体内植入的荧光素表达载体，作为标志基因，导入肿瘤细胞中，通过活体成像技术观察肿瘤初次出现、生长、扩散等现象，从而为治疗癌症提供了宝贵的信息和基础支持。
IVIS小动物活体成像技术的优势IVIS小动物活体成像技术比传统的动物实验更加高效和拥有更强的伦理意义。
传统的动物实验需要大量的动物和时间来获得有效的实验结果，还需要对动物进行不同层次的观察，而IVIS小动物活体成像技术不仅可以在同一小动物体内进行多个实验，而且需要的动物数量只有传统实验的十分之一，从而大大减少了对小动物的伦理影响。
五种常见的小动物活体成像技术
五种常见的小动物活体成像技术01前言动物活体成像技术是指应用影像学方法，在不损伤动物的前提下，对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究的技术。
随着小动物成像技术的发展，活体小动物非侵袭性成像在临床前研究中发挥着越来越重要的作用，涌现出了各种小动物成像的专业设备，为科学研究提供了强有力的工具。
小动物活体成像技术主要分为五大类：可见光成像(Optical)、核素成像(PET/SPECT)、计算机断层摄影成像 (CT)、核磁共振成像(MRI)、超声成像（Ultrasound)。
02小动物活体成像设备特点、应用及优缺点1.可见光成像设备体内可见光成像包括生物发光与荧光两种技术。
前者是动物体内的自发荧光，不需要激发光源，而后者则需要外界激发光源的激发。
1.1生物发光设备：生物发光是用荧光素酶基因标记DNA，利用其产生的蛋白酶与相应底物发生生化反应产生生物体内的光信号。
标记后的荧光素酶只有在活细胞内才会产生发光现象，并且发光强度与标记细胞的数目呈线性相关。
1.2荧光设备：荧光技术则采用荧光报告基因（GFP、RFP）或荧光染料（包括荧光量子点）等新型纳米标记材料进行标记，利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光就可以形成体内的生物光源。
可见光成像优势与应用：使用低能量、无辐射、对信号检测灵敏度高、实时监测标记的活体生物体内的细胞活动和基因行为，被广泛应用到监控转基因的表达、基因治疗、感染的进展、肿瘤的生长和转移、器官移植、毒理学、病毒感染和药学研究中。
可见光成像的主要缺点：二维平面成像、不能绝对定量。
发展前景：目前仅仅停留在仿体和小动物实验阶段,尚未进入临床应用，在许多方面仍需进一步改进和完善.寻找新的高量子效率荧光团，改进重建算法、拓展新型光学成像技术、提高图像分辨率是未来的重要任务。
2.核素成像设备PET、SPECT是核医学的两种显像技术，相同之处是都利用放射性核素的示踪原理进行显像，皆属于功能显像。
小动物活体成像技术的原理及操作方法
小动物活体成像技术的原理及操作方法小动物活体成像技术（In vivo Imaging）是一种非侵入性的影像学检测方法，能够实时观察小动物体内生物过程的变化。
这种技术被广泛应用于药物研发、疾病研究、肿瘤学以及神经科学等领域。
以下将详细介绍小动物活体成像技术的原理及操作方法。
原理：小动物活体成像技术主要依赖于生物标记物的发光或吸收特性，将其转化为可见光、近红外光或射线信号进行成像。
常见的活体成像方法包括生物发光成像（Bioluminescence Imaging, BLI）、荧光成像（Fluorescence Imaging, FLI）、放射性同位素成像（Radionuclide Imaging）以及磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）等。
生物发光成像是应用广泛的一种小动物活体成像技术。
其基本原理是使用生物荧光标记物的荧光发射来观察对象的生物过程。
一般情况下，研究者将荧光标记物（例如荧光蛋白）合成到感兴趣的生物分子（例如蛋白质或细胞）中，然后用荧光成像仪观察荧光发射。
这种方法由于操作简便、解析度高以及成本相对较低而得到广泛应用。
操作方法：1.设计实验：在进行活体成像前，研究者需要设计合适的实验方案。
这包括选择适合的动物模型、确定使用的荧光或射线标记物、考虑成像时间点以及确定成像区域等。
2.准备动物：在进行成像前，需要准备适当的小动物（如小鼠或兔子）并保证其健康状态。
动物应该经过严格的饲养和管理，以确保成像结果可靠。
3.注射标记物：根据实验设计，将合适的标记物注射到小动物体内。
标记物可以是荧光蛋白、放射性同位素或磁性荧光探针等。
注射可以通过尾静脉注射、腹腔注射或皮下注射等方式进行。
4.成像操作：根据实验需求使用相应的成像设备进行成像。
不同的成像技术有不同的操作要求，例如生物发光成像需要使用荧光成像仪，而放射性同位素成像则需要使用放射性同位素摄像机。
5.数据获取与分析：进行成像后，需要对获得的数据进行分析和解释。
活体动物光学成像技术与应用研究
活体动物光学成像技术与应用研究活体动物光学成像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。
按发光模式可分为生物发光和荧光两类。
相对于传统动物实验研究方法，具有无创、可多次重复、实时活体成像、灵敏、安全等优势，这项技术在标记活体内肿瘤活体细胞示踪、标记基因及转基因动物等方面的应用广泛。
标签：活体成像；生物发光；荧光；应用传统实验设计动物研究时，常采用的方法是处死老鼠，解剖后通過肉眼观察脏器病理变化，再组织切片观察等，无法动态监测整个活体内生物学事件的发生、发展，而活体动物光学成像（optical in vivo imaging）主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）2种技术在活体动物体内进行生物标记，通过成像系统可以动态或静态监测被标记分子或细胞在活体动物体等的发展进程，以及观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程[1-3]。
生物发光是通过荧光素酶（Luciferase）基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基因（GFP、RFP及dyes等）进行标记。
两者的主要区别在于生物发光是动物体内的自发荧光，不需要激发光源，而荧光则需要外界激发光源的激发出荧光再通过检测器检测，就可以直接观察到被测物体内的细胞运动和基因行为。
1原理与分类活体动物光学成像技术是指在活体动物体内利用报告基因-荧光素酶基因表达使其产生的荧光素酶蛋白再与小分子底物荧光素作用，需在氧、Mg2+存在的条件下消耗ATP之后发生氧化反应，这时将产生的化学能量转化变为可见光能释放，最后在体外再利用敏感的检测器CCD设备形成图像。
荧光素酶基因可以被插入多种基因的启动子（promoter），成为某种基因的报告基因，通过监测报告基因从而实现对目标基因的监测。
1.1生物发光技术生物发光荧光实质是一种化学发光，其过程需要底物萤火虫荧光素酶的参与，通过氧化其特有底物的过程中，将会释放可见光光子，其波长广泛约为560 nm（460～630 nm），甚至包括超过600 nm的重要的波长红光范围。
活体成像技术-活细胞成像
整体水平和组织水平研究方法活体成像技术活体成像技术，即可见光成像技术，是在小动物活体内细胞和分子水平上进行生物学行为研究的一项技术，是近年来发展最快的生命科学和药物学的研究方法，是最直接观察细胞和分子在体内行为的一项新兴技术。
多模式活体成像是当今可见光成像的最新技术潮流，不仅由荧光、生物发光和同位素三种成像方法构成完整的功能成像体系，还有X光成像提供结构成像，二者相叠加，实现特异性信号的精确定位，真正体现活体成像技术的两大技术优势—空间上的分布和时间上的变化。
对于生命科学和药物学等研究而言，了解横向空间上的分布和纵向时间上的变化尤其重要。
要了解所研究对象的特性，就必须掌握其进入体内后在各脏器和组织的分布情况，就必须进行精确的定位，现阶段这一点必须借助X光成像系统来实现。
同时，还必须掌握所研究的对象在时间上的变化，即代谢情况。
这一点，包括两种含义，即要了解同一器官不同时间量上的变化，也要了解不同时间点不同脏器内分布的变化，同样离不开精确的定位。
1.肿瘤方面的应用（应用的成像技术：X光、荧光、发光）例一：使用荷有4T1luc肿瘤细胞的小鼠模型；肿瘤细胞稳定表达生物素酶，通过生物发光技术显示肿瘤位置；用CY5.5近红外荧光染料标记VEGF(血管内皮生长因子)的单链抗体，静脉注射后，采用荧光成像技术显示抗体体内分布和代谢信息。
活体成像表明，这种抗体可以特异性结合到肿瘤细胞上，成为一种新的肿瘤标示物。
Marina V Backer1, Zoya Levashova, NATURE MEDICINE 2007, 13（4）：504-509例二：前列腺癌的生物发光成像：深层的前列腺癌成像，辅以肾造影剂显示的膀胱显影，进行精确的肿瘤定位。
例三：肺癌的生物发光成像：深层脏器的生物发光成像。
B, time course for the in vivo imaging of primarytumor and tumor metastasis (arrows) in xenografts of PC-3 and DU145transfected with DsRed2、药学研究的应用（使用X光、同位素和荧光三种模块）例一：CCPM是一种新型的荧光染料，可以用作肿瘤细胞的特异性标示；DTPA 则为常见原料药。
小动物活体成像仪
小动物活体成像仪小动物活体成像仪是一种用于观察和记录小动物内部结构和生理活动的科学仪器。
它采用先进的成像技术，结合特定的软件和硬件设备，能够实时观察和记录小动物的血液循环、呼吸、消化等生理表现，以及在不同疾病状态下的变化过程。
小动物活体成像仪的主要原理是利用现代成像技术，如光学成像、磁共振成像、超声成像等，对小动物进行非侵入性的观察和记录。
通过激光、红外线和超声波等不同的物理信号，可以获取小动物不同器官和组织的图像信息，并将其转化为数字信号进行分析和处理。
小动物活体成像仪具有多项重要的功能和应用。
首先，它可以用于研究不同疾病的发生机制和治疗效果。
科研人员可以通过观察小动物的生理表现，了解疾病的发展过程，评估不同治疗方法的有效性，并为临床治疗提供参考。
其次，小动物活体成像仪也可以用于药物研发和药效评估。
科研人员可以观察小动物在接受不同药物治疗时的生理变化，评估药物的疗效和副作用，并为进一步的药物研发提供参考。
此外，小动物活体成像仪还可以用于基因表达分析和细胞定位研究。
科研人员可以将荧光标记的基因或细胞注入小动物体内，通过成像仪观察这些标记物的分布和活动情况，从而了解基因功能和细胞互作的机制。
在使用小动物活体成像仪时，我们需要注意一些问题。
首先，要确保小动物的安全和舒适。
在进行观察和记录时，应尽量减少对小动物的干扰，以免给它们造成不必要的压力和伤害。
其次，我们需要选择合适的实验动物和样本数量。
不同的实验动物和不同的疾病模型可能需要不同的观察参数和样本大小，我们需要根据具体的研究目的和实验要求进行选择。
最后，小动物活体成像仪在实际应用中还存在一些技术挑战和局限性。
例如，成像深度和分辨率可能受限于仪器的性能，对于一些深层结构的观察可能存在困难。
此外，不同成像技术的应用范围和成本也存在差异，需要综合考虑实际需求和经济条件。
总之，小动物活体成像仪是一种重要的科学仪器，它能够为生命科学研究和临床医学提供多项实用功能。
小动物活体成像的原理及区别
小动物活体成像的原理及特点小动物活体成像主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。
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。
利用一套非常灵敏的光学检测仪器，让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。
通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。
传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据, 得到多个时间点的实验结果。
相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。
另外, 这一技术对肿瘤微小转移灶的检测灵敏度极高，不涉及放射性物质和方法, 非常安全。
因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点, 在刚刚发展起来的几年时间内，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。
一、技术原理1. 标记原理哺乳动物生物发光，是将Fluc基因整合到细胞染色体DNA上以表达荧光素酶，当外源（腹腔或静脉注射）给予其底物荧光素（luciferin），即可在几分钟内产生发光现象。
这种酶在ATP 及氧气的存在条件下，催化荧光素的氧化反应才可以发光，因此只有在活细胞内才会产生发光现象，并且光的强度与标记细胞的数目线性相关。
对于细菌，lux操纵子由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，带有这种操纵子的细菌会持续发光，不需要外源性底物。
基因、细胞和活体动物都可被荧光素酶基因标记。
标记细胞的方法基本上是通过分子生物学克隆技术, 将荧光素酶的基因插到预期观察的细胞的染色体内，通过单克隆细胞技术的筛选, 培养出能稳定表达荧光素酶的细胞株。
目前, 常用的细胞株基本上都已标记好, 市场上已有销售。
活体成像counts.s
活体成像counts.s活体成像counts.s主要采用生物发光（bioluminescence）与荧光（fluorescence）两种技术。
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。
采用一套非常灵敏的光学检测仪器，让研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。
通过这个系统，可以观测活体动物体内肿瘤的生长及转移、感染性疾病发展过程、特定基因的表达等生物学过程。
传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰杀实验动物以获得数据，得到多个时间点的实验结果。
相比之下，可见光体内成像通过对同一组实验对象在不同时间点进行记录，跟踪同一观察目标（标记细胞及基因）的移动及变化，所得的数据更加真实可信。
另外，这一技术对肿瘤微小转移灶的检测灵敏度极高，不涉及放射性物质和方法，非常安全。
因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度高等特点，在刚刚发展起来的几年时间内，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面。
实验过程通过分子生物学克隆技术，应用单克隆细胞技术的筛选，将荧光素酶的基因稳定整合到预期观察的细胞的染色体内，培养出能稳定表达荧光素酶蛋白的细胞株。
典型的成像过程是：小鼠经过麻醉系统被麻醉后放入成像暗箱平台，软件控制平台的升降到一个合适的视野，自动开启照明灯拍摄第一次背景图。
下一步，自动关闭照明灯，在没有外界光源的条件下拍摄由小鼠体内发出的光，即为生物发光成像。
与第一次的背景图叠加后可以清楚的显示动物体内光源的位置，完成成像操作。
之后，软件完成图像分析过程。
使用者可以方便的选取感兴趣的区域进行测量和数据处理及保存工作。
当选定需要测量的区域后，软件可以计算出此区域发出的光子数，获得实验数据。
软件的数据处理和保存功能非常强大，可以加快实验速度，方便大批量的实验。
技术应用通过活体动物体内成像系统，可以观测到疾病或癌症的发展进程以及药物治疗所产生的反应，并可用于病毒学研究、构建转基因动物模型、siRNA研究、干细胞研究、蛋白质相互作用研究以及细胞体外检测等领域。
活体动物体内生物发光和荧光成像技术
活体动物体内生物发光和荧光成像技术基础原理与应用简介文章来自中国生物器材网文章目录：一、活体生物发光成像技术二、活体动物荧光成像技术三、生物发光成像与荧光成像的比较四、活体动物可见光成像仪器原理与操作流程活体动物体内成像技术是指应用影像学方法，对活体状态下的生物过程进行组织、细胞和分子水平的定性和定量研究的技术。
活体动物体内成像技术主要分为可见光成像(optical imaging)、核素成像（radio-nuclear imaging）、核磁共振（magnetic resonance imaging ，MRI）成像和超声（ultrasound）成像、计算机断层摄影（computed tomography ，CT）成像五大类，其中可见光成像和核素成像特别适合研究分子、代谢和生理学事件，通常称为功能成像；超声成像和CT则适合于解剖学成像，通常称为结构成像。
功能成像与结构成像比较，前者更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。
所以，活体动物体内功能成像技术可用于观察和追踪靶细胞、基因的表达，同时检测多种分子事件，优化药物和基因治疗方案，从分子和细胞水平对药物疗效进行观察，从整体动物水平上评估疾病发展过程，对同一个动物进行时间、环境、发展和治疗影响跟踪。
由于功能成像的诸多优势，这项技术广泛应用于生命科学、医学研究及药物开发等方面，本文重点介绍活体动物可见光成像技术。
体内可见光成像(optical in vivo imaging)技术主要包括生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence)成像两种技术。
生物发光成像是用荧光素酶(luciferase)基因标记细胞或DNA，利用其产生的蛋白酶与相应底物发生生化反应产生生物体内的探针光信号；而荧光成像则是采用荧光报告基因（如GFP、RFP）或Cyt及dyes等荧光染料进行标记，利用荧光蛋白或染料产生的荧光就可以形成体内的荧光光源。
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2. 光学原理
基本原理在于光可以穿透实验动物的组织并 且可由仪器量化检测到的光强度，同时反映 出细胞的数量。 利用灵敏的活体成像系统最少可以看到皮 下的500个细胞，当然，由于发光源在老鼠体 内深度的不同可看到的最少细胞数是不同的。 在相同的深度情况下, 检测到的发光强度和 细胞的数量具有非常好的线性关系。
9. 标记的肿瘤接种以后，会发生luciferase的丢失 吗？ 没有正式的报道丢失Luciferase的情况。丢 失的可能性及量非常小，不会影响实验结果。一 些实验报道的结果中，标记的细胞在动物体内存 活几年的时间还可以持续发光，说明Luciferase 基因的标记非常稳定。 10. 在in vitro 的细胞培养中，为什么要经常用抗 生素筛选？ 荧光素酶基因标记的细胞株是经过单 克隆筛选培养过的稳定的细胞株。体外培养过程 中，不筛选也可以，只要时间不是很长， 接种代 数不要很多。到目前为止，还没有发现基因丢失 的情况。但若接种的代数过多，建议用药物筛选 一段时间或从原始的细胞株培养以保证细胞发光 的强度。
3. 底物荧光素(Luciferin)是如何进入小鼠体内的？ 需要多少？ 荧光素是腹腔注射或尾部静脉注射进 入小鼠体内的，约一分钟就可以扩散到小鼠全身。 大部分发表的文章中，荧光素的浓度是150mg/kg (见下图)。20克的小鼠需要3毫克的荧光素，价钱 约两到三美元。常用方法是腹腔注射，扩散较慢， 开始发光慢，持续发光长。若进行荧光素静脉注 射，扩散快，开始发光快，但发光持续时间很短。 4. 荧光素的体内代谢过程 不同品牌的荧光素底物 的代谢过程不太一样， 使用前最好做一些体外试 验，做一个标准曲线。
5. 两次观察间隔时间最短为多长时间？ 观察时间的 间隔没有最短限制， 只要观察的条件控制一致就 可以。虽然底物在动物体内有一定的代谢过程， 但是上一次底物的残留曲线可以知道，可以控制 对下一次观察结果的影响。 6. 荧光素酶基因，荧光素酶，荧光素底物有多大？ 可以透过血脑屏障吗？ 荧光素酶有554个氨基酸， 约50KD。荧光素酶的底物荧光素，约280道尔顿。 荧光素的水溶性和脂溶性都非常好, 很容易穿透 细胞膜和血脑屏障。
活体动物体内成像技术常见问题
关于细胞标记和荧光素酶的特性
1. 荧光素酶的发光是否需要激发光？ 荧光素酶的 发光是生物发光，不需要激发光，但需要底物荧 光素(Luciferin)。 2. 荧光素酶的发光特性如何？ 荧光素腹腔注射老 鼠后约一分钟后表达荧光素酶的细胞开始发光， 十分钟后强度达到稳定的最高点。在最高点持续 约20-30 分钟后开始衰减，约三小时后荧光素排 除，发光全部消失。最好的检测时间是在注射后 15到35分钟之间
（3） 细胞凋亡
当荧光素酶与抑制多肽以融合蛋白形式在哺乳动物 细胞中表达，产生的融合蛋白无荧光素酶活性，细 胞不能发光，而当细胞发生凋亡时，活化的 caspase-3在特异识别位点切割去掉抑制蛋白，恢复 荧光素酶活性，产生发光现象，由此可用于观察活 体动物体内的细胞凋亡相关事件。也可以通过使用 特殊的底物，DEVD-luciferin，当发生细胞凋亡 时，活化的caspase-3会切断DEVD与luciferin的连 接，恢复荧光素酶与luciferin的相互作用而发光。
3. 实验过程
通过分子生物学克隆技术, 应用单克隆细胞 技术的筛选，将荧光素酶的基因稳定整合到 预期观察的细胞的染色体内，培养出能稳定 表达荧光素酶蛋白的细胞株。
典型的成像过程
小鼠经过麻醉后放入成像暗箱平台，软件控制平台 的升降到一个合适的视野，自动开启照明灯拍摄第 一次背景图。下一步，自动关闭照明灯,在没有外界 光源的条件下拍摄由小鼠体内发出的光，即为生物 发光成像。 与第一次的背景图叠加后可以清楚的显 示动物体内光源的位置，完成成像操作。之后，软 件完成图像分析过程。
7. 做体内实验的luciferin 与体外实验的是不是一 样，如何购买？最小包装多大？ 体内生物发光是 用的是D-Luciferin，有1g或小到100mg 的包装。 8. 如何保证荧光素酶(Luciferase)的稳定性？ 荧 光素酶基因是插到细胞染色体内的，当细胞分裂、 转移、分化时, 荧光酶也会得到持续稳定的表达。 荧光素酶的半衰期约三个小时, 所以只有活细胞 才能够持续表达荧光素酶。
（2） 各种疾病模型
研究者根据研究目的，将靶基因、靶细胞、 病毒及细菌进行荧光素酶标记，同时转入动 物体内形成所需的疾病模型，包括肿瘤、免 疫系统疾病、感染疾病等等。可提供靶基因 在体内的实时表达和对候选药物的准确反 应，还可以用来评估候选药物和其它化合物 的毒性。为药物在疾病中的作用机制及效用 提供研究方法。
4．荧光成像功能
荧光发光：是通过激光激发荧光基团而产生 发射光。常用的有绿色荧光蛋白(GFP)、红色 荧光蛋白DsRed 及其它荧光报告基团，标记 方法与体外荧光成像相似。荧光成像具有费 用低廉和操作简单等优点。
●荧光信号远远强于生物发光，但非特异性荧
光产生的背景噪音使其信噪比远远低于生 物发光。这些背景噪音造成荧光成像的灵 敏度较低。 ●荧光成像有其方便，便宜，直观，标记靶点 多样和易于被大多数研究人员接受的优点， 在一些植物分子生物学研究和观察小分子 体内代谢方面也得到应用。
（1） 组织特异性基因表达
荧光素酶是一类生物发光酶，一种细胞可被这两 种荧光素酶标记: renilla 荧光素酶基因由一组成 性稳定表达的启动子驱动, 作为内参，反应细胞数 量的变化; firefly荧光素酶基因由要研究的组织特 异性启动子驱动。这样firefly荧光素酶发光信号的 变化，在消除细胞数量变化的影响后就可反应特定 的启动子在动物体内的表达活性。
（3） 阻断RNA
通过对比生物发光的变化，验证在成年小鼠 体内，注射双链siRNA可以特异地阻遏基因表 达。
5. 转基因动物模型
（1） 基因表达 为研究目的基因是在何时、何种刺激下表达， 将荧光素酶基因插入目的基因启动子的下游， 并稳定整合于实验动物染色体中，形成转基因 动物模型。利用其表达产生的荧光素酶与底物 作用产生生物发光，反应目的基因的表达情况， 从而实现对目的基因的研究。可用于研究动物 发育过程中特定基因的时空表达情况，观察药 物诱导特定基因表达，以及其它生物学事件引 起的相应基因表达或关闭。
3. 标记细菌
（1） 细菌侵染研究 可以用标记好的革兰氏阳性和阴性细菌侵染活体动 物, 观测其在动物体内的繁殖部位、数量变化及对 外界因素的反应。 （2） 抗生素药物 利用标记好的细菌在动物体内对药物的反应，医药 公司和研究机构可用这种成像技术进行药物筛选和 临床前动物实验研究。
4. 基因表达和蛋白质相互作用
2. 标记病毒
（1） 病毒侵染 以荧光素酶基因标记的HSV-1病毒为例，可 观察到HSV-1病毒对肝脏、肺、脾及淋巴结 的侵和病毒从血液系统进入神经系统的过 程。多种病毒，腺病毒，腺相关病毒，慢 病毒，乙肝病毒等，已被荧光素酶标记， 用于观察病毒对机体的侵染过程。
用RFP标记病毒，动态检测病毒在体内的复制过程。
精诺真（Xenogen）活体化学发光和荧光成像系统
Lightools活体荧光成像系统
标记细胞的方法:通过分子生物学克隆技术, 将荧光素酶的基因插到预期观察的细胞的染 色体内，通过单克隆细胞技术的筛选, 培养 出能稳定表达荧光素酶的细胞株。 结果观察：将标记好的细胞注入小鼠体内后, 观测前需要注射荧光素酶的底物—荧光素， 为约280道尔顿的小分子。注射一次荧光素能 保持小鼠体内荧光素酶标记的细胞发光30-45 分钟。应用一个高度灵敏的制冷CCD相机及特 别设计的成像暗箱和成像软件。
生物发光成像系统组成
以精诺真公司的IVIS100为例, 体内可见光成 像系统主要由三部分组成—— （1）CCD镜头：选择适当的CCD镜头，对于体内可见 光成像是非常重要的。 （2）成像暗箱：像暗箱屏蔽宇宙射线及一切光源， 可以使暗箱内部保持完全黑暗，CCD所检测的光线 完全由被检动物体内发出，避免外界环境的光污 染。 （3）软件系统：软件系统负责仪器控制和图像分析。
1. 标记细胞
（1） 癌症与抗癌药物研究 直接快速地测量各种癌症模型中肿瘤的生长 和转移，并可对癌症治疗中癌细胞的变化进 行实时观测和评估。活体生物发光成像能够 无创伤地定量检测小鼠整体的原位瘤、转移 瘤及自发瘤。活体成像技术提高了检测的灵 敏度，即使微小的转移灶也能被检测到（可 以检测到体内102个细胞的微转移）。
1. 标记原理
生物发光：是将Fluc基因整合到细胞染色体DNA上以 表达荧光素酶，当外源（腹腔或静脉注射）给予其 底物荧光素(luciferin)，即可在几分钟内产生发光 现象。这种酶在ATP及氧气的存在条件下，催化荧光 素的氧化反应才可以发光，因此只有在活细胞内才 会产生发光现象，并且光的强度与标记细胞的数目 线性相关。
●
●传统的动物实验方法需要在不同的时间点宰
杀实验动物以获得数据, 得到多个时间点 的实验结果。 ●可见光体内成像通过对同一组实验对象在不 同时间点进行记录，跟踪同一观察目标 （标记细胞及基因）的移动及变化，所得的 数据更加真实可信。
●这一技术对肿瘤微小转移灶的检测灵敏度极
高，不涉及放射性物质和方法, 非常安全。 ●因其操作极其简单、所得结果直观、灵敏度 高等特点, 在刚刚发展起来的几年时间内， 已广泛应用于生命科学、医学研究及 药物开发等方面。
（2） 蛋白质相互作用
观察细胞中或活体动物体内两种蛋白质的相 互作用，是将荧光素酶基因分成两段，分别 连接所研究的两种蛋白之一的编码DNA，然后 导入细胞或动物体内表达为融合蛋白。当两 种蛋白有强相互作用时，表达的荧光素酶两 部分相互靠近形成有活性的荧光素酶，在有 底物存在时出现生物发光，反映出所研究的 两种蛋白存在相互作用。应用此原理亦可用 于研究细胞信号传导途径。
（2） 免疫学与干细胞研究
●将荧光素酶标记的造血干细胞移植入脾及骨髓，
可用于实时观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。 ●有研究表明，应用带有生物发光标记基因的小鼠 淋巴细胞，检测放射及化学药物治疗的效果，寻 找在肿瘤骨髓转移及抗肿瘤免疫治疗中复杂的细 胞机制。 ●应用可见光活体成像原理标记细胞，建立动物模 型，可有效的针对同一组动物进行连续的观察， 节约动物样品数，同时能更快捷地得到免疫系统 中病原的转移途径及抗性蛋白表达的改变。