活体生物发光成像技术PPT演示幻灯片
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生物医学光学第四组-活体成像技术课件
05
CATALOGUE
活体成像技术的应用案例
肿瘤研究
肿瘤标记物检测
利用活体成像技术检测肿瘤细胞表面或内部的标记物，实现肿瘤 的早期发现和定位。
肿瘤生长与扩散监测
通过定期对同一只动物进行成像，观察肿瘤的生长、转移和扩散 情况，评估治疗效果。
药物疗效评估
通过比较治疗前后肿瘤的大小、形态和荧光强度等指标，评估药 物治疗的效果。
02
药物代谢与分布研 究
研究药物在体内的代谢过程、分 布情况以及与靶点的结合情况， 为新药研发提供依据。
03
毒理学研究
通过观察药物对生物体的毒性作 用和损伤情况，评估药物的毒性 和安全性。
生物医学工程与再生医学研究
组织工程与再生医学
利用活体成像技术观察组织工程材料在体内的降解和再生过程，为 组织工程和再生医学研究提供支持。
未来活体成像技术将进一步提高灵敏度和 分辨率，以便更准确地检测和诊断疾病。
通过改进技术和设备，降低活体成像技术 的成本和时间成本，使其更具有实际应用 价值。
拓展应用范围
与其他技术的结合
未来活体成像技术的应用范围将进一步拓 展，不仅局限于医学领域，还将应用于生 物学、农业等领域。
未来活体成像技术将与其他技术如基因测 序、蛋白质组学等相结合，形成更为综合 的生物医学检测和分析方法。
活体成像技术可以实时监测生 物体内的情况，有助于及时发
现和诊断疾病。
无创无损
活体成像技术通常不需要侵入 生物体内，因此对生物体无创
伤、无损害。
高灵敏度
活体成像技术具有高灵敏度， 可以检测到生物体内微小的变
化。
可视化效果
活体成像技术可以将生物体内 的变化以图像的形式直观地展 现出来，便于观察和理解。
活体生物发光和荧光成像技术应用讲座
正电子衍射成像（Positron-Emission Tomography，PET） --放射性标记葡萄糖导入体内，被分裂旺盛组织吸收，常用于检测肿瘤的 良恶性 单光子衍射(Single-Photon-Emission Computed Tomography,SPECT) 超声（Ultrasound） -- 物理学方法
49
量子点标记成像
注射部位：右侧前爪皮下注射；量子点聚集区域：腋 下淋巴结，利用gooseneck spot illumination作为激发光 源，光能40%
50
转基因动物的应用
51
转基因动物模型原理
研究者可通过观察动物模型的生物发光，判断 靶基因是否表达，既基因的“开”“关”现象。
生物大分子合 成
n=6/7
丝裂酶素治疗组 （小鼠#4）2mg/kg 静注，3次/周， 第二、三周
生物发光强 度
n=3/5
Exp #081 雄性nu/nu CR
21
n=13,5,7
肺癌模型
A549 原位肺癌 NIH 2010
22
乳腺癌原位接种
PNAS 2010,10
23
原位胰腺癌模型
2010
24
白血病模型
2×105 Arf-/-p185+luc+LICs. 2011年9月 BLOOD
基因激活
表达
生物发光
52
转基因动物研究原理
血管内皮细胞生长因子受体2（Vascular endothelial cell growth factor receptor 2, VEGFR2）是 VEGF的同源受体，VEGF在血管生成过程中分泌。 Vegfr2-luc转基因小鼠应用从小鼠VEGFR2基因启动子及内皮细胞特异的增强子 共4.5kb，以驱动荧光素酶表达。
动物活体成像技术ppt课件
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9
动物活体成像技术的分类
• 微PET技术是将正电子同位素标记的化合物注入生物体 内作为探针，当这些化合物参与生物体内的代谢过程时， PET按照同位素放射性分布的绝对量进行连续性扫描， 根据动力学原理和图像数据，对活体组织中的生理生化 代谢过程作出定量分析，如血流量、能量代谢、蛋白质 合成、脂肪酸代谢、神经递质合成速度、受体密度及其 与配体结合的选择性和动力学等。PET 通常使用的探针 是用11C，14N， 15O 及18F 等生物组织中含量最多元 素的放射性核素标记的化合物，它们具有与体内分子类 似（包括细胞代谢）的特点。 在药理学研究中，则可以用正电子同位素直接标记药物， 观察其在活体中的分布和代谢，或测量生理性刺激及病 理学过程中药物分布与代谢的变化，从而对药物剂量、 作用部位、可能发生的毒副作用等做出前瞻性判断。还 可以判断其代谢反应的类型及产物，观察药物与其他药 物的相互作用、药物与营养物质的相互作用、药物与受 体的作用、药物与酶的相互作用等。
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3
动物活体成像的背景
• 分子成像技术使活体动物体内成像成为可能， 它的出现，归功于分子生物学和细胞生物学的 发展、转基因动物模型的使用、新的成像药物 的运用、高特异性的探针、小动物成像设备的 发展等诸多因素。目前，分子成像技术可用 于——研究观测特异性细胞、基因和分子的表 达或互作过程，同时检测多种分子事件，追踪 靶细胞，药物和基因治疗最优化，从分子和细 胞水平对药物疗效进行成像，从分子病理水平 评估疾病发展过程，对同一个动物或病人进行 时间、环境、发展和治疗影响跟踪。
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12
动物活体成像技术的分类
• CT成像
• CT成像是利用组织的密度不同造成对X射线透过率 的不同而对人体成像的临床检测技术。
生物医学光学第四组活体成像技术优秀课件
❖影响 PDT 过程中肿瘤组织氧含量的因素很多： ❖肿瘤性质及体积( 光肿瘤穿透性以及肿瘤细胞自
身耗氧等) ❖肿瘤血管床因素( 影响氧供) ❖PDT 消耗底物氧等
❖除了作为底物参与光动力反应， 组织氧还可以连 同组织酸碱度( PH) 共同影响光在组织内的穿透 性。
❖ 这与二者能够影响含氧血红蛋白/脱氧血红蛋白 的比例有关。这两种血红蛋白是组织内吸收损耗 光的主要成分，而且二者对不同的频谱吸收也不 同。
❖ 目前光敏剂已发展到第三代: ❖ 第一代为卟啉衍生物 ❖ 第二代弱化了上一代的不良反应 ❖ 第三代着重于与肿瘤细胞的特异性结合
光
❖光在 PDT 中提供激发能量，按其来源可分为白
炽光，激光及发光二极管等。主流的光敏剂其激 发光波长大都分布在 600 ～800 nm， 过短不 利于穿透组织， 过长则大多被组织内水吸收损耗 ， 而且长波光子能量小，或不足以激发光敏剂。
❖ 一般主要分布在脂膜结构上，如细胞膜，线粒体 ，溶酶体，内质网等，光敏剂经修饰或与载体等 相连接后，其定位点也可以发生明显的变化。
❖ 良好的光敏剂应该具有以下特点: ❖ 低不良反应( 过敏，系统毒性，皮肤光毒性，代谢物毒性
及放射损伤等); ❖ 不易诱发肿瘤抗性突变; ❖ 较好的肿瘤组织靶向累积性; ❖ 较容易从正常组织清除; ❖ 较强的可修饰性; ❖ 较易得的激发条件; ❖ 在光疗窗口频段中具有较高的光吸收性; ❖ 较高的活性氧产率; ❖ 便于商业化生产运输及保存; ❖ 较好的使用依从性以及较低廉的价格等；
坏死
❖ 坏死被认为是因病理而产生的被动死亡，如物理 性或化学性的损害因子及缺氧与营养不良等均导 致细胞坏死。坏死细胞的膜通透性增高，致使细 胞肿胀，细胞器变形或肿大，早期核无明显形态 学变化，最后细胞破裂。另外坏死的细胞裂解要 释放出内含物，并常引起炎症反应。
生化生物发光 PPT课件
生物發光
• 在自然界中我们有看到许多生物会发出荧 光，如萤火虫发出的点点亮光还有深海中 各种发出荧光的生物，萤火虫可以说是黑 暗中的精灵，这次我将首先讨论生物为什 么要发光，也就是荧光在生物演化上的意 义，再来我们要介绍生物体荧光的原理， 作用机制，还有生物科技上的广泛应用， 让我们一同探索绚丽二奥妙的荧光世界吧！
乌贼
安康鱼
• 生活在深海的安康鱼生就一副愤陋的动物，生活在地球最不适宜居住的地 方：孤寂，黑暗的洋底，有些安康鱼非常长，可 以长到1米长。 • 它们最怪异的特征要数嘴上边长生那个渔杆状的 器官，这也是它们为什么会有这样一个名字，不 过只有雌性安康鱼才有这东西。发光的渔杆会吸 引猎物游得足够近，直到被捕获。它们的嘴如此 之大，身体又如此富于弹性，所以它们可以一口 吞下两倍于其体积的猎物。
矿井隔爆荧光灯
人体发光
• 前不久，美国学者在一家照相馆利用一种 高科技微光检测仪对一些拍摄订婚照、结 婚照的男女进行观测，发现情侣手挽手拍 照时，女性指尖上的光晕特别亮，并向男 方指尖延伸过去；而男子的指尖光晕却会 略微后缩以顺应女性的光圈。
• 一个人如果身体健康，他发出的光明亮均 匀；如果有病，光会变得暗淡
• 如果我们企图使一个物体发光我们只需要 给它足够的能量使它从基态变成激发态就 行了，但生物要发光则需要体内的酶来参 与，即酶是一种催化剂，并且是高效率的， 它可以促使发生化学反应的以给发光物质 提供能量且能保证消耗的能量尽量少而发 光强度尽可能高。
• 在萤火虫体内，ATP（三磷腺酸苷）水解产 生能量提供给荧光素而发生氧化反应,每分 解一个ATP氧化一个荧光素就会有一个光子 产生，从而发出光来。目前已知，绝大多 数的生物发光机制是这种模式。但在发光 的腔肠动物那里，荧光素则换成了光蛋白， 如常见发光水母的绿荧光蛋白，这些个荧 光蛋白与钙或铁离子结合发生反应从而发 出光来。
• 在自然界中我们有看到许多生物会发出荧 光，如萤火虫发出的点点亮光还有深海中 各种发出荧光的生物，萤火虫可以说是黑 暗中的精灵，这次我将首先讨论生物为什 么要发光，也就是荧光在生物演化上的意 义，再来我们要介绍生物体荧光的原理， 作用机制，还有生物科技上的广泛应用， 让我们一同探索绚丽二奥妙的荧光世界吧！
乌贼
安康鱼
• 生活在深海的安康鱼生就一副愤陋的动物，生活在地球最不适宜居住的地 方：孤寂，黑暗的洋底，有些安康鱼非常长，可 以长到1米长。 • 它们最怪异的特征要数嘴上边长生那个渔杆状的 器官，这也是它们为什么会有这样一个名字，不 过只有雌性安康鱼才有这东西。发光的渔杆会吸 引猎物游得足够近，直到被捕获。它们的嘴如此 之大，身体又如此富于弹性，所以它们可以一口 吞下两倍于其体积的猎物。
矿井隔爆荧光灯
人体发光
• 前不久，美国学者在一家照相馆利用一种 高科技微光检测仪对一些拍摄订婚照、结 婚照的男女进行观测，发现情侣手挽手拍 照时，女性指尖上的光晕特别亮，并向男 方指尖延伸过去；而男子的指尖光晕却会 略微后缩以顺应女性的光圈。
• 一个人如果身体健康，他发出的光明亮均 匀；如果有病，光会变得暗淡
• 如果我们企图使一个物体发光我们只需要 给它足够的能量使它从基态变成激发态就 行了，但生物要发光则需要体内的酶来参 与，即酶是一种催化剂，并且是高效率的， 它可以促使发生化学反应的以给发光物质 提供能量且能保证消耗的能量尽量少而发 光强度尽可能高。
• 在萤火虫体内，ATP（三磷腺酸苷）水解产 生能量提供给荧光素而发生氧化反应,每分 解一个ATP氧化一个荧光素就会有一个光子 产生，从而发出光来。目前已知，绝大多 数的生物发光机制是这种模式。但在发光 的腔肠动物那里，荧光素则换成了光蛋白， 如常见发光水母的绿荧光蛋白，这些个荧 光蛋白与钙或铁离子结合发生反应从而发 出光来。
活体成像_PPT幻灯片
IVIS®50 Imaging System
在波长大于600nm时，由老鼠体内发出的光是可 以穿透皮肤被检测到。
标准图像的组成
传统肿瘤模型
当前肿瘤研究的主要 方法还主要局限于肉眼 观察、处死老鼠后的肿 瘤体积测量、称重及组 织学切片观察等。
传统实验方法与活体成像方法比较
核磁共振与活体成像技术比较
荧光素酶的表达（2）：细菌荧光素酶 （Photorhabdus luminescens）
Promoter luxA luxB luxC luxD luxE
luciferase Decanal发光ຫໍສະໝຸດ +FMNH2
Lux operon
活体成像系统
生物学
物理学
软件
标记基因
成像
数据分析
Living Image ®成像及数据分析软件
活体生物体内检验是生物研究的最终验证
体外试验 （In Vitro）
分子生物学技术
克隆技术
蛋白组学
体内反应 （In Vivo）
研究方法受体内环 境制约，很难准确 反映体内情况
体外检验 （ Ex Vivo）
PCR 电泳 组织病理学
等等…
活体生物体内成像
肿瘤称量 等等…
（ In Vivo Imaging Technology）
1x106 ，PC-3M-Luc肿瘤细胞，皮下注射
14天 小鼠 #6 n=7
21天
28天
35天
处理方式 细胞数
无治疗对照 2.2x109
小鼠 #40 n=8 (从第11天开始给药)
小鼠 #31 n=8 (从第11天开始给药)
5- FU治疗 2.8x108
丝裂酶素治疗 3.6x106
活体动物体内成像技术应用介绍PPT
活体动物光学成像技术让研究人员能够观察活体动物体内的基因表达和细胞活动，是将分子及细胞生物学技术从体外研究发展到活体动物体内的强有力手段，正在被越来越广泛地应用于医学及生物学研究领域。
相对于其他非侵入性观察手段，如CT, MRI, 及PET等，生物光学成像技术检测灵敏度极高，且操作简单，费用相对低廉，为研究人员提供了广阔的应用空间。
荧光成像与生物发光成像的结合，结构成像与功能成像的结合，以及三维成像是目前这个技术的发展方向。
现有的技术利用不同角度扫描的方法，光学时域的方法，或者利用各种波长的光线在体内穿透性的不同，以成像软件分析光源在动物体内的深度，从而得出三维图像。
活体动物光学成像技术推进了人们对各种生命活动、疾病过程的深入认识。
随着研究的发展，体内光学成像技术将不仅用于基础研究和药物研发，也将会作为新技术扩展到临床检验及药物治疗领域，服务于人类的医疗卫生事业。
具体介绍见附件的PPT文件。
无标题2.jpg
无标题3.jpg
无标题4.jpg
无标题5.jpg
无标题6.jpg
无标题7.jpg。
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 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。
活体生物发光和荧光成像技术应用介绍61页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
活体生物发光和荧光成像技 术应用介绍
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
活体生物发光和荧光成像技 术应用介绍
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
基于生物发光的活体成像术.pptx
标记细菌
• 炎症等疾病
其他
• 代谢 • 发育等
炎症过程中产生中性粒细胞胞外 陷阱唤醒小鼠体内休眠的癌细胞
品牌：PerkinElmer 型号：IVIS KINEXC
一、开机并初 始化仪器
二、注射底物
三、准备麻醉 系统并预麻醉
活体动物
四、成像的参 数设置及拍摄
五、结果分析
一、开机及初始化仪器
二、注射底物
• 腹腔注射，依据3mg底物/20g成年小鼠 • 计时10min
三、准备麻醉系统及预麻醉动物
• 灌注 • 拧松/关紧螺母
• 开泵、调速 • 关泵
四、成像系统参数设置及拍摄
成像模 •Luminescent
式
•生物发光
曝光时 •Auto
间
•选择自动
Binning
•依据画质选 择
•Medium
光圈大 小
•光圈越大， 采集信号越 多
•选择1
视野范 围
•光圈越大， 采集信号越 多
•选择1
五、结果分析
• 点击搜索按钮，选择待分析的文件夹，load as group。 • 将实验组和对照组在同一标尺下，在工具栏Image Adjust下的Color Scale
Limits中不勾选individual。 • 调整Image Adjust下的Aggregate color scale的Min值，扣除背景。 • 进行ROI圈选。 • 点击“measurement”键，同时勾选Counts，得ROI区域的定量数值。
活体成像技术
DNA, RNA, Protein
体外
Cells
Mice
Tissue
体内
Human
非侵入，基于生物发光和荧光的，可直观观察和定量 检测活体动物体内细胞的活动及的文章
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female.; 5×106 /200 μlPBS; n=3; 150 μl /只(30 mg/ml), i.p.,
10-25 min 后活体成像;Q3D, 4 w。
➢原位成瘤及转移观察：S.C. mice will be euthanized and
collected tumor on D26; i.v. mice will be euthanized and
标记原理
➢ 氧化反应：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。
➢ 反应条件：ATP, O2。 ➢ 光的强度与标记细胞的数目线性相关。 ➢ 分子生物学克隆技术：基因插入——单克隆细胞筛选——
稳定表达细胞株。
collected lung, brain, heart, liver and ovaries on D30. HE
staining.
4
实验过程
结果1：裸鼠皮下移植瘤模型的建立
5
实验过程
结果2：SCID鼠静脉移植瘤模型的建立
6
实验过程
结果3： A549及A549-luc细胞原位成瘤及转移 能力的病理形态学观察
皮下瘤HE(20×)
7
实验过程
结果3： A549及A549-luc细胞原位成瘤及转移 能力的病理形态学观察
尾静脉接种模型脏器HE(20×)
8
谢谢
9
பைடு நூலகம்
光学原理
➢ 检测波长范围：400-950 nm荧光 ➢ 最少可检测到皮下500个细胞 ➢ 相同深度检测到发光强度和细胞的数量有较好的线性关
系
3
实验过程
构建单克隆细胞株A549-luc
➢Pgl4.17[luc2/neo]质粒转染人非小细胞肺癌细胞株A549 ➢筛选抗性细胞及单克隆化
➢获得稳定表达荧光素酶的A549-luc细胞
建立移植瘤模型 (A549/A549-luc)
➢裸鼠皮下移植瘤模型：nude mice, 6-7 w, 20±2 g, female;
5×106 /200 μl PBS; n=3; 150 μl /只(30 mg/ml), i.p., 10-25
min 后活体成像;QWK, 4 w。
➢SCID鼠尾静脉移植瘤模型：SCID mice, 6-7 w, 20±2 g,
荧光照相机(charge coupled device camera, CCD camera) 及其分析软件和作为报告子的荧光素酶(lsuciferae)和 荧光素(luciferin)组成。
优点： • 无创性； • 可多次重复在不同时间点检测； • 快速扫描成像； • 实验动物整体成像。
2
技术原理
活体生物发光成像技术
——A549-luc小鼠肺癌移植瘤模型
武烨
2011.06.16
1
活体生物发光成像技术 (Optical in vivo Imaging)
生物发光(bioluminescence)与荧光(fluorescence); 荧光素酶(Luciferase)基因标记细胞或DNA; 荧光报告集团(GFP, RFP, Cyt及dyes等)进行标记。