活体成像_PPT幻灯片
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染色体
体内表达 外源注入底物 活跃细胞 体内发光
Luciferin
荧光素酶的底物—荧光素，为约280道尔顿的小分子。 荧光素脂溶性非常好, 很容易透过血脑屏障。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。每次荧光素酶催化反应只产生一个光子，这是肉 眼无法观察到的，先进的成像系统，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，可 观测并记录到这些光子。
安慰剂作 用天数
生物发 光强度
结果显示：肿瘤的大体积与生物发光强度呈线性相关
Brian Ross, Ph.D. University of Michigan Medical center.
生物发光光子数与肿瘤体积呈正相关
1x106 ，PC-3M-Luc肿瘤细胞，皮下注射
平 均 光 子 数 对 数 值
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wk.baidu.com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
visible light and Fluorescence）--生物发光 （ Bioluminescence）与荧光（Fluorescence）
几种常用活体体内成像技术的比较
操作简单
Ultrasound 超声
Optical Imaging 可见光成像
操作复杂
CT
MRI 核磁共振
PET/SPET 正电子衍射
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
检测体内药物治疗
平均肿瘤体积
精诺真具有高度灵敏性
细胞培养中平均光子数/秒 (x103) 小鼠体内平均光子数/秒 (x105)
number of cells / well
0 2 5 10
104
104
可精确观
察到100个
103
103
细胞
102
102
1x103
5x103
0
number of cells / animal
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）
实验性骨转移瘤模型
第20天
皮下注射PC-3M-Luc 组织病理学观察
Virology Applications 细菌及病毒学研究应用
以及在以DNA为基础的基因治疗研究的应用
D39Xen7 1.0 ×107
1.0 ×107
TIGR4Xen35 A66.1Xen10
不同肺炎链球菌菌株感染模式研究
24 48 72 96hrs
101
102
103
104
105
101
101
2x103
3
4
100 0
100 100 101 102 103 104 105
细胞数
荧光强度与标记细胞数目呈线性相关
5x104 2x104
5x104
Images courtesy of Contag et al, Stanford University
活体成像技术的主要应用
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
+
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
结构成像
功能成像
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。
荧光素酶的表达（1）
启动子
将荧光素酶基因连接于启动子下游，稳定整 合到细胞染色体内，使荧光素酶得到持续表 达。
• 癌症及药物研究
• 病毒学及基因治疗
• 干细胞 • 细胞凋亡 • 蛋白质相互作用 • siRNA研究的应用 • 转基因动物模型
B16-F10 luc+ 肿瘤细胞尾部 静脉注射后2分钟的成像
• 其它…
免疫学、代谢、发育、内分泌学， 等等…
Oncology Applications 癌症研究的应用
体内药物分析的生物发光检测
生理盐水对照组 （小鼠#40） 静注，3次/周， 第二、三周
对照组于第 五周结束观 察
n=13
生物发光强度
5-Fu治疗组 (小鼠#38) 100 mg/kg 静注，1次/周， 第二、三、四周
n=6/7
丝裂酶素治疗组 （小鼠#4）
2mg/kg 静注，3次/周， 第二、三周
Exp #081 雄性nu/nu CR n=13,5,7
2500 2000 1500 1000 500
目前的活体生物体内成像技术和方向
超声（Ultrasound） 计算机断层摄影（Computed Tomography ，CT） 正电子衍射成像（Positron-Emission Tomography，PET）
单光子衍射(Single-Photon-Emission Computed Tomography,SPECT 核磁共振（Magnetic Resonance Imaging ， M可R见I）光及荧光成像(Optical Imaging with
1x106 ，PC-3M-Luc肿瘤细胞，皮下注射
静脉注射治疗起始点
对照 n=5-8
生
物 发 光
丝裂酶素C n=4-8
数
5-FU n=8
(5-氟尿嘧啶)
实验天数
Exp #049 雄性SCID小鼠
生物发光检测体内药物治疗的复发作用
5x105 ，PC3M-Luc-C6肿瘤细胞，原位前列腺癌模型
1周 3周 5周 7周 8周
体内表达 外源注入底物 活跃细胞 体内发光
Luciferin
荧光素酶的底物—荧光素，为约280道尔顿的小分子。 荧光素脂溶性非常好, 很容易透过血脑屏障。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。每次荧光素酶催化反应只产生一个光子，这是肉 眼无法观察到的，先进的成像系统，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，可 观测并记录到这些光子。
安慰剂作 用天数
生物发 光强度
结果显示：肿瘤的大体积与生物发光强度呈线性相关
Brian Ross, Ph.D. University of Michigan Medical center.
生物发光光子数与肿瘤体积呈正相关
1x106 ，PC-3M-Luc肿瘤细胞，皮下注射
平 均 光 子 数 对 数 值
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wk.baidu.com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
visible light and Fluorescence）--生物发光 （ Bioluminescence）与荧光（Fluorescence）
几种常用活体体内成像技术的比较
操作简单
Ultrasound 超声
Optical Imaging 可见光成像
操作复杂
CT
MRI 核磁共振
PET/SPET 正电子衍射
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
检测体内药物治疗
平均肿瘤体积
精诺真具有高度灵敏性
细胞培养中平均光子数/秒 (x103) 小鼠体内平均光子数/秒 (x105)
number of cells / well
0 2 5 10
104
104
可精确观
察到100个
103
103
细胞
102
102
1x103
5x103
0
number of cells / animal
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）
实验性骨转移瘤模型
第20天
皮下注射PC-3M-Luc 组织病理学观察
Virology Applications 细菌及病毒学研究应用
以及在以DNA为基础的基因治疗研究的应用
D39Xen7 1.0 ×107
1.0 ×107
TIGR4Xen35 A66.1Xen10
不同肺炎链球菌菌株感染模式研究
24 48 72 96hrs
101
102
103
104
105
101
101
2x103
3
4
100 0
100 100 101 102 103 104 105
细胞数
荧光强度与标记细胞数目呈线性相关
5x104 2x104
5x104
Images courtesy of Contag et al, Stanford University
活体成像技术的主要应用
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
+
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
结构成像
功能成像
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。
荧光素酶的表达（1）
启动子
将荧光素酶基因连接于启动子下游，稳定整 合到细胞染色体内，使荧光素酶得到持续表 达。
• 癌症及药物研究
• 病毒学及基因治疗
• 干细胞 • 细胞凋亡 • 蛋白质相互作用 • siRNA研究的应用 • 转基因动物模型
B16-F10 luc+ 肿瘤细胞尾部 静脉注射后2分钟的成像
• 其它…
免疫学、代谢、发育、内分泌学， 等等…
Oncology Applications 癌症研究的应用
体内药物分析的生物发光检测
生理盐水对照组 （小鼠#40） 静注，3次/周， 第二、三周
对照组于第 五周结束观 察
n=13
生物发光强度
5-Fu治疗组 (小鼠#38) 100 mg/kg 静注，1次/周， 第二、三、四周
n=6/7
丝裂酶素治疗组 （小鼠#4）
2mg/kg 静注，3次/周， 第二、三周
Exp #081 雄性nu/nu CR n=13,5,7
2500 2000 1500 1000 500
目前的活体生物体内成像技术和方向
超声（Ultrasound） 计算机断层摄影（Computed Tomography ，CT） 正电子衍射成像（Positron-Emission Tomography，PET）
单光子衍射(Single-Photon-Emission Computed Tomography,SPECT 核磁共振（Magnetic Resonance Imaging ， M可R见I）光及荧光成像(Optical Imaging with
1x106 ，PC-3M-Luc肿瘤细胞，皮下注射
静脉注射治疗起始点
对照 n=5-8
生
物 发 光
丝裂酶素C n=4-8
数
5-FU n=8
(5-氟尿嘧啶)
实验天数
Exp #049 雄性SCID小鼠
生物发光检测体内药物治疗的复发作用
5x105 ，PC3M-Luc-C6肿瘤细胞，原位前列腺癌模型
1周 3周 5周 7周 8周