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以 IVIS 系統(tǒng)為代表的小動(dòng)物活體光學(xué)成像系統(tǒng)可應(yīng)用于各類生物學(xué)研究、疾病模 型和相關(guān)的藥物研發(fā)過程，包括腫瘤（腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移/腫瘤分子靶向/抗腫瘤藥 物/腫瘤相關(guān)分子機(jī)制等）、免疫及炎癥（免疫性疾病如哮喘、關(guān)節(jié)炎、過敏性腹 瀉等）、干細(xì)胞（干細(xì)胞示蹤和存活/腫瘤干細(xì)胞）、神經(jīng)（神經(jīng)膠質(zhì)瘤及其藥物 靶向/中樞神經(jīng)損傷/髓鞘損傷和修復(fù)等/斑馬魚發(fā)育等）、材料學(xué)（納米材料的代謝 和在體分布/納米材料毒理學(xué)等）。
IVIS Spectrum小動(dòng)物活體光學(xué)成像系統(tǒng)是目前先進(jìn)的小動(dòng)物光學(xué)活體成像 系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具備最高靈敏度的2D生物發(fā)光和熒光成像功能，還同時(shí)具備3D 生物發(fā)光和熒光成像功能。其3D成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測對(duì)象的定量 分析，獲取2D成像無法獲取的重要生物學(xué)信息：如信號(hào)在體內(nèi)的深度信息、發(fā)光 區(qū)域的體積信息、信號(hào)不同斷層面的信息、細(xì)胞數(shù)量、熒光濃度等3D精確定量信 息，3D光學(xué)成像數(shù)據(jù)還可以與其它影像結(jié)果（如CT/MRI）的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn) 功能學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)成像的結(jié)合，獲得成像數(shù)據(jù)。

圖：IVIS Spectrum的3D成像功能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確定位和定量
另外，傳統(tǒng)的2D熒光成像技術(shù)對(duì)于體內(nèi)深層熒光信號(hào)（如肺部、心臟等）的檢測 往往不能獲得好的結(jié)果，主要原因在于傳統(tǒng)活體熒光成像技術(shù)通常采用反射照明對(duì) 信號(hào)進(jìn)行激發(fā)，激發(fā)范圍為小鼠全身，導(dǎo)致激發(fā)光能量過于分散而無法有效激發(fā)體 內(nèi)深層部位信號(hào)，同時(shí)也造成大范圍自發(fā)熒光的產(chǎn)生；IVIS Spectrum具備反射照 明滿足淺層信號(hào)成像的同時(shí)，還具備的底部透射熒光成像模式，該模式在對(duì)深 層器官或組織原位腫瘤、腫瘤轉(zhuǎn)移研究、深層部位炎癥疾病研究、心血管疾病研究、 神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究及深層部位藥物分布、靶向性及藥效評(píng)價(jià)研究中具備顯著優(yōu)勢。

圖：IVIS Spectrum透射熒光成像功能能實(shí)現(xiàn)對(duì)深層組織內(nèi)信號(hào)的成像和檢測

IVIS 系統(tǒng)在各研究領(lǐng)域的應(yīng)用舉例
1. 腫瘤研究
腫瘤研究是目前應(yīng)用領(lǐng)域之一。常用于腫瘤活體成像的光學(xué)標(biāo)記方法包括： 1、利用螢火蟲熒光素酶（Firefly Luciferase）或熒光蛋白作為報(bào)告基因，通過轉(zhuǎn)基 因技術(shù)體外標(biāo)記腫瘤細(xì)胞而直接觀測腫瘤的發(fā)展變化，或標(biāo)記特定基因而研究腫瘤 相關(guān)基因在腫瘤發(fā)展中的作用；2、通過外源注射功能性熒光探針，觀測腫瘤發(fā)展 過程中的分子事件，進(jìn)而反映腫瘤的發(fā)展變化。宏觀來說，應(yīng)用小動(dòng)物活體光學(xué)成 像技術(shù)進(jìn)行腫瘤研究主要集中于三個(gè)方面：1、長時(shí)間監(jiān)測腫瘤生長及轉(zhuǎn)移；2、抗 腫瘤藥物靶向和藥效評(píng)價(jià)；3、癌癥分子機(jī)理研究。舉例如下：
通過左心室注射螢火蟲熒光素酶生物發(fā)光標(biāo)記的MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞的方法 建立小鼠骨轉(zhuǎn)移模型，借助IVIS Spectrum的3D成像功能，可以對(duì)細(xì)胞在小鼠體內(nèi) 的分布、轉(zhuǎn)移和發(fā)展進(jìn)行成像研究，并能夠?qū)δ[瘤體積、深度以及細(xì)胞鼠進(jìn)行精確 定量。

圖：IVIS Spectrum 的3D 成像功能長時(shí)程監(jiān)測心臟注射的發(fā)光乳腺癌細(xì)胞（橙色） 的骨轉(zhuǎn)移現(xiàn)象
此 外 ， 使 用 Cy5.5 、 AF750 、 VivoTag 等 熒 光 探 針 可 以 對(duì) 非 編 碼 RNA （MicroRNA）、多肽等進(jìn)行標(biāo)記，通過 IVIS Spectrum 可以對(duì) MicroRNA、多肽等 與腫瘤（生物發(fā)光標(biāo)記）間的相互作用進(jìn)行成像觀察和靶向性研究；通過對(duì)熒光標(biāo) 記藥物進(jìn)行不同方式包裹（藥劑學(xué)緩釋研究）和通過不同方式進(jìn)行給藥（鼻腔吸入、 口腔給藥、靜脈注射、肌肉注射等），借助 IVIS Spectrum 的 3D 成像功能，可以 對(duì)藥物的釋放、分布、不同臟器內(nèi)富集和藥效評(píng)價(jià)進(jìn)行精確定性和定量研究。
利用熒光素酶標(biāo)記特定基因，構(gòu)建特定基因-熒光素酶的共表達(dá)載體，通過熒光素 酶產(chǎn)生的生物發(fā)光信號(hào)反映該基因的表達(dá)情況，可以研究該基因的相關(guān)作用，例如： p53 是調(diào)節(jié)細(xì)胞正常生命活動(dòng)的一種重要基因，控制著細(xì)胞周期的啟動(dòng)，p53 也被

認(rèn)為是一個(gè)重要的抑癌基因，有研究者將一個(gè)同時(shí)帶有致癌基因 ras、四環(huán)素反式 激活因子 tTA（‘tet-off’）及四環(huán)素依賴性 p53 shRNA 的逆轉(zhuǎn)錄病毒表達(dá)載體與熒 光素酶基因質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染從小鼠胚胎提取的成肝細(xì)胞，并將轉(zhuǎn)染細(xì)胞接種于小鼠肝臟， 借助 IVIS 系統(tǒng)可以活體觀測 p53 基因表達(dá)關(guān)閉或開啟對(duì)于肝癌發(fā)生或消亡的作用， 結(jié)果顯示當(dāng) p53 的表達(dá)被 shRNA 抑制時(shí)，通過生物發(fā)光觀測到的腫瘤信號(hào)逐漸增 強(qiáng)，而當(dāng)給小鼠注入強(qiáng)力霉素（doxycycline）開啟 p53 的表達(dá)后，肝癌細(xì)胞的生物 發(fā)光信號(hào)逐漸減弱，說明 p53 的表達(dá)能夠抑制腫瘤的生長并促使腫瘤消亡。
在腫瘤靶向性研究中，研究人員利用靶向腫瘤的生物發(fā)光細(xì)菌和 IVIS Spectrum 系 統(tǒng)獲得腫瘤的精準(zhǔn)三維圖像：通過皮下注射螢火蟲熒光素酶標(biāo)記的結(jié)腸癌細(xì)胞株 （HCT116-luc2），然后尾靜脈注射細(xì)菌熒光素酶標(biāo)記的 B.breve 細(xì)菌。應(yīng)用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)和 Quantum microCT 系統(tǒng)進(jìn)行三維多模式成像融合，顯示細(xì)菌熒光 素酶標(biāo)記 B.breve 細(xì)菌和生物發(fā)光標(biāo)記 HCT116-luc2 腫瘤細(xì)胞共定位，說明非病原 性細(xì)菌可以作為載體用于癌癥靶向治療，該研究對(duì)于靶向腫瘤藥物和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)有重 要意義。

圖：a) 小鼠體內(nèi)的三維多模式成像融合：B.breve 細(xì)菌（橙色， 生物發(fā)光），HCT116-luc2 結(jié)腸癌腫 瘤細(xì)胞（綠色， 生物發(fā)光）和 Quantum microCT 骨結(jié)構(gòu)成像；b) 腫瘤內(nèi)成像：HCT116-luc2 結(jié)腸癌 腫瘤細(xì)胞（綠色/藍(lán)色），脈管系統(tǒng)（造影劑 Exitron nano 12000-紅色）和細(xì)菌（橙色/黃色）
腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移與腫瘤細(xì)胞所處的微環(huán)境有著密切關(guān)系，了解腫瘤微環(huán)境對(duì)于腫 瘤的診斷、防治和預(yù)后有著重要意義。利用監(jiān)測腫瘤組織缺氧的 HypoxiSense 熒光 探針與監(jiān)測腫瘤血管生成的 AngioSense 熒光試劑可以共同觀測小鼠皮下接種的人 宮頸癌腫瘤微環(huán)境；HypoxiSense 能夠特異性靶向缺氧腫瘤細(xì)胞表面上調(diào)表達(dá)的碳 酸酐酶 9（CAIX），進(jìn)而表征腫瘤的缺氧區(qū)域，AngioSense 通過富集于由于腫瘤 血管新生而引發(fā)的血管滲漏區(qū)域，進(jìn)而表征腫瘤的血管富集區(qū)域；定量結(jié)果顯示缺 氧部位主要位于腫瘤內(nèi)部中心區(qū)。

圖：應(yīng)用 3D 光學(xué)成像技術(shù)結(jié)合 HypoxiSense680 及 AngioSense750 熒光探針觀測裸鼠脂肪墊接種的 人宮頸癌腫瘤微環(huán)境， 并進(jìn)行精確定量分析


2. 免疫及炎癥研究
在應(yīng)用 IVIS 活體光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行免疫學(xué)研究中，常用的標(biāo)記方法及應(yīng)用領(lǐng)域包 括：1、利用功能性探針監(jiān)測免疫疾病的發(fā)生發(fā)展及相關(guān)治療；2、利用熒光素酶基 因或熒光染料標(biāo)記免疫細(xì)胞，監(jiān)測免疫細(xì)胞的免疫應(yīng)答作用；3、利用熒光素酶作 為報(bào)告基因標(biāo)記疾病相關(guān)基因構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，進(jìn)行免疫疾病機(jī)理研究。舉例如下：
Revvity依靠強(qiáng)大的生物學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出多種應(yīng)用于炎性疾病監(jiān)測的功
能 性 探針 ， 如 用 于 探 測 炎性 細(xì) 胞 中髓 過 氧 化物 酶（MPO ） 的 化 學(xué) 發(fā) 光
（Chemiluminescent）探針“XenoLight® RediJect™ Inflammation Probe"、用于探測 環(huán)氧酶 2（COX-2）的近紅外熒光探針“XenoLight® RediJect™ COX-2 Probe"、用 于探測炎性細(xì)胞中組織蛋白酶（Cathepsin）的近紅外探針“ProSense 680/750"、 用于探測炎性細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix Metalloproteinase） 的近紅外探針 “MMPSense 680/750"、用于探測嗜中性粒細(xì)胞胰肽酶（Neutrophil Elastase）的 近紅外探針“Neutrophil Elastase 680 FAST"。這些探針已被廣泛應(yīng)用于各種炎性 疾病的研究中。

圖：使用 3D 光學(xué)成像技術(shù)及其精確定量功能監(jiān)測肺炎的發(fā)生及治療效果：A）利用 ProSense 750 探針觀測哮喘中組織蛋白酶的表達(dá)及地塞米松（Dexamethasone） 對(duì)哮喘的治療效果； B） 利用 Neutrophil Elastase 680 FAST 探針觀測急性肺炎（COPD）的發(fā)生及 Rolipram 的治療效果
借助新型熒光探針和 IVIS Spectrum 小動(dòng)物活體光學(xué)成像系統(tǒng)，可以對(duì)炎癥或腫瘤 轉(zhuǎn)移病灶部位的髓過氧化物酶（MPO）的化學(xué)發(fā)光活性進(jìn)行監(jiān)測和定量，例如： 研究人員將化學(xué)發(fā)光底物 Luminol 與近紅外量子點(diǎn)（Quantum dots ，QDs）進(jìn)行混 合，化學(xué)發(fā)光產(chǎn)生的信號(hào)通過發(fā)光能量共振轉(zhuǎn)移（Chemiluminescence resonance energy transfer，CRET）的方式激發(fā) QDs 產(chǎn)生近紅外熒光從而被 IVIS Spectrum 系 統(tǒng)檢測到，IVIS Spectrum 所 3D 成像功能可以對(duì) MPO 的在體分布以及不同 部位的 MPO 信號(hào)深度進(jìn)行精確定量。

圖：IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移部位引發(fā)的炎癥 MPO 活性進(jìn)行在體分布成像，其3D 成像功能可以對(duì) MPO 信號(hào)的深度進(jìn)行精確定位，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行精確定量

在一些胃腸道疾病，如過敏性腹瀉的研究中， IVIS 系統(tǒng)可以發(fā)揮重要作用。例如： 研究人員發(fā)現(xiàn)在卵清蛋白（OVA）誘導(dǎo)的過敏性腹瀉模型中，Th1 inhibitory IL- 12p40 蛋白（單體或同源二聚體）的過表達(dá)其重要作用，而樹突狀細(xì)胞衍生的 IL- 12p70 蛋白（由一個(gè) p35 單體和一個(gè) p40 單體形成的異源二聚體蛋白）可以促使 Th1 細(xì)胞進(jìn)行分化從而可能抑制過敏性腹瀉；使用熒光蛋白（如 GFP）標(biāo)記 IL- 12p70 DNA 質(zhì)粒，通過鼻腔吸入的方式將標(biāo)記的質(zhì)粒導(dǎo)入小鼠體內(nèi)，借助 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對(duì) IL-12p70 蛋白在體內(nèi)的表達(dá)（尤其是深層臟器內(nèi)的表達(dá)）和 分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，結(jié)果顯示鼻腔吸入 IL-12p70 DNA 質(zhì)粒可以抑制過敏性腹瀉。
關(guān)節(jié)炎研究方面，關(guān)節(jié)炎部位往往伴隨著組織蛋白酶（Cathepsin）、基質(zhì)金屬蛋白 酶（MMP ）等的高表達(dá)和血管病變， 因此借助相應(yīng)的功能性熒光探針， 如 Revvity公司的 ProSense 、MMPSense 、Cat K FAST 、AngioSense 等熒光探針可以對(duì) 關(guān)節(jié)炎部位的病征進(jìn)行功能性靶向，再借助 IVIS Spectrum 3D 熒光成像能 力進(jìn)行成像觀察和定量比較。

圖：借助各種功能性熒光探針和 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可對(duì)關(guān)節(jié)炎進(jìn)行活體成像觀察和定量研究
利用 IVIS Spectrum 還可以研究炎癥相關(guān)細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）對(duì)炎癥部位的靶向作 用：利用近紅外熒光膜染料體外標(biāo)記腹腔中提取的巨噬細(xì)胞，熒光標(biāo)記后巨噬細(xì)胞 通過尾靜脈注射人小鼠體內(nèi)，使用 IVIS 系統(tǒng)可以監(jiān)測到巨噬細(xì)胞主要分布在肺部/ 肝臟內(nèi)，使用 Carrageenan（角叉菜膠）在小鼠腿部誘發(fā)炎癥反應(yīng)，利用 IVIS 系統(tǒng) 可以觀察到巨噬細(xì)胞很快遷移到腿部炎癥部位發(fā)揮作用，利用 IVIS Spectrum 3D 成像功能還可以對(duì)巨噬細(xì)胞的富集度進(jìn)行精確定量和比較。

圖：利用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以研究巨噬細(xì)胞對(duì)炎癥的靶向作用
對(duì)免疫和炎性相關(guān)基因進(jìn)行研究可以揭示免疫疾病的分子機(jī)理，從而更好地了解免 疫疾病的發(fā)生發(fā)展及相關(guān)治療。研究人員通過構(gòu)建各種生物發(fā)光轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型，
結(jié)合IVIS活體光學(xué)成像系統(tǒng)，可以在活體動(dòng)物水平觀測免疫疾病發(fā)展過程中相關(guān)基 因的表達(dá)。例如：NFκB是一類重要的轉(zhuǎn)錄因子，參與免疫反應(yīng)的早期和炎癥反應(yīng) 各階段的許多分子都受NF-κB的調(diào)控，因此，對(duì)于NFκB信號(hào)通路的研究是炎癥疾 病研究的一個(gè)熱點(diǎn)；研究人員利用Tg (NFκB-RE-luc)轉(zhuǎn)基因小鼠和IVIS活體光學(xué)成 像系統(tǒng)，觀測了咖啡對(duì)脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的小鼠炎癥反應(yīng)的抑制作用，結(jié)果顯示， 咖啡能夠抑制NFκB的表達(dá)，并激活機(jī)體的抗氧化防御，而且隨著咖啡烘焙程度的 提高，這種抑制效應(yīng)越明顯。
3. 干細(xì)胞研究
干細(xì)胞研究是活體光學(xué)成像技術(shù)的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。在活體光學(xué)成像實(shí)驗(yàn)中，常用于 干細(xì)胞光學(xué)標(biāo)記的方法包括：1、利用螢火蟲熒光素酶作為報(bào)告基因，通過轉(zhuǎn)基因 技術(shù)體外轉(zhuǎn)染干細(xì)胞；2、通過親脂性熒光染料直接標(biāo)記干細(xì)胞；3、從已構(gòu)建好的 生物發(fā)光轉(zhuǎn)基因動(dòng)物中提取干細(xì)胞，所提取干細(xì)胞即具備生物發(fā)光特性?？傮w來說， 應(yīng)用IVIS Spectrum系統(tǒng)進(jìn)行干細(xì)胞研究主要集中于以下幾個(gè)方面： 1、監(jiān)測干細(xì)胞 的移植、存活和增殖；2、示蹤干細(xì)胞在體內(nèi)的分布和遷移；3、多能誘導(dǎo)干細(xì)胞、
腫瘤干細(xì)胞等新興研究。舉例如下：
干細(xì)胞移植后，活體示蹤干細(xì)胞的分布和遷徙具有重要意義。利用熒光素酶基因穩(wěn) 定轉(zhuǎn)染干細(xì)胞，報(bào)告基因不隨干細(xì)胞的分裂或分化而丟失，因此，利用IVIS系統(tǒng)的 生物發(fā)光成像功能可以長期穩(wěn)定地觀測干細(xì)胞在體內(nèi)的分布和遷移。例如研究人員 利用生物發(fā)光標(biāo)記的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞靶向遷移至受損心臟進(jìn)行了長期觀測：從生

物發(fā)光轉(zhuǎn)基因小鼠中提取獲得具有生物發(fā)光特性的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，隨后經(jīng)尾靜 脈注射入心臟缺血的同品系小鼠體內(nèi)，利用IVIS成像系統(tǒng)對(duì)干細(xì)胞的分布和遷移進(jìn) 行長達(dá)28天的活體觀測，發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞會(huì)特異性遷移至受損心臟并存留于心肌中發(fā)揮 修復(fù)功能；IVIS Spectrum系統(tǒng)可以對(duì)干細(xì)胞在體內(nèi)的實(shí)時(shí)分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像，其3D成像功能還可以心臟內(nèi)的干細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行精確定量。
乳腺干細(xì)胞（Mammary stem cells ，MaSCs）在乳腺發(fā)育尤其是孕期乳腺的發(fā)育過 程中發(fā)揮重要作用，研究人員等利用流式細(xì)胞儀從FVB/N生物發(fā)光轉(zhuǎn)基因小鼠的乳 腺組織中篩選出表達(dá)Luciferase的乳腺干細(xì)胞（CD24+/CD29hi/GFP+/強(qiáng)生物發(fā)光信 號(hào)），將這些發(fā)光乳腺干細(xì)胞植入3周齡雌性小鼠乳腺（預(yù)先清除了乳腺內(nèi)源上皮 細(xì)胞）中，之后利用IVIS活體光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)乳腺干細(xì)胞在植入后、受孕后（乳腺 干細(xì)胞植入后2~3周時(shí)刻人工誘導(dǎo)受孕）、幼崽出生后、哺乳期、斷奶后的活躍度 進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和定量比較，結(jié)果顯示：乳腺干細(xì)胞的活躍度（生物發(fā)光強(qiáng)度）在小 鼠懷孕后迅速提升了約200倍，在幼崽出生后活躍度又迅速下降，最終活躍度下降 到一個(gè)與斷奶期持平的基線水平；另外，乳腺干細(xì)胞的活躍度與母鼠是否哺乳幼崽 直接相關(guān)，如果將剛出生的幼崽立即從母鼠身邊取走，該不哺乳母鼠體內(nèi)的乳腺干 細(xì)胞活躍度將比哺乳母鼠更快地下降到一個(gè)更低水平，該研究將為研究乳腺的發(fā)育 和預(yù)防乳腺癌發(fā)揮積極作用。
在腫瘤干細(xì)胞的鑒定方面，研究者利用以IVIS系統(tǒng)為代表活體光學(xué)成像技術(shù)在活體 動(dòng)物水平觀測某些細(xì)胞的致瘤性，從而確定細(xì)胞是否具備腫瘤干細(xì)胞的特性。例如 在2010年的一篇文獻(xiàn)報(bào)道中，研究人員利用熒光素酶通過慢病毒轉(zhuǎn)染的方式標(biāo)記了 乳腺癌細(xì)胞株HCC1954，并利用流式細(xì)胞分選技術(shù)分離出帶有不同細(xì)胞表面標(biāo)識(shí) 物CD24-/low/CD44+及CD24+/CD44+的兩種細(xì)胞群，而CD24-/low/CD44+被報(bào)道存 在于多種乳腺癌干細(xì)胞表面，因此，研究者進(jìn)一步將兩種細(xì)胞分別接種于 NOD/SICD小鼠身體兩側(cè)的乳腺脂肪墊，利用IVIS成像系統(tǒng)觀測它們的致瘤性，結(jié) 果顯示帶有表面標(biāo)識(shí)物CD24-/low/CD44+的細(xì)胞其致瘤性明顯高于CD24+/CD44+細(xì) 胞，并且當(dāng)細(xì)胞接種數(shù)量少于100個(gè)時(shí)，只有CD24-/low/CD44+細(xì)胞具備致瘤性， 說明帶有CD24-/low/CD44+的細(xì)胞群中可能富含腫瘤干細(xì)胞。
2011年發(fā)表于Cell 的一篇文獻(xiàn)報(bào)道了根據(jù)神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的增殖特性，利用針對(duì) 性藥物對(duì)腫瘤進(jìn)行治療。研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的增殖依賴于一氧化氮合 成酶2（NOS2），而普通神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞或正常神經(jīng)干細(xì)胞的增殖均不依賴NOS2， 因此，研究人員設(shè)計(jì)出一個(gè)專門針對(duì)NOS2 的抑制劑，此抑制劑能夠很好地穿過血 腦屏障進(jìn)入顱內(nèi)移植的神經(jīng)膠質(zhì)瘤，并對(duì)熒光素酶發(fā)光標(biāo)記的神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長具 有明顯抑制效果，經(jīng)抑制劑處理的神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞其致瘤性也大幅降低；IVIS Spectrum的3D成像功能有助于對(duì)發(fā)光腫瘤細(xì)胞進(jìn)行精確顱內(nèi)定位以及精確定量。
近年來，研究者陸續(xù)開始利用IVIS系統(tǒng)進(jìn)行誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（iPS）的相關(guān)研究。 發(fā)表于2009年Circulation的一篇文獻(xiàn)報(bào)道，將經(jīng)熒光素酶標(biāo)記的由小鼠成纖維細(xì)胞 誘導(dǎo)獲取的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞，移植入免疫缺陷型裸鼠或具有免疫活性的同種異體 小鼠皮下，發(fā)現(xiàn)在后者中不會(huì)形成畸胎瘤；進(jìn)一步的研究顯示將誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞

移植入發(fā)生急性心肌梗塞的具有免疫活性的同種異體小鼠心臟后，細(xì)胞的發(fā)展不會(huì) 導(dǎo)致畸胎瘤的形成，能夠穩(wěn)定存活，并能修復(fù)受損的心臟；IVIS SpectrumD成像功能有助于對(duì)iPS細(xì)胞的在體分布進(jìn)行精確定位，并可以對(duì)其存活能力和參 與組織修復(fù)過程進(jìn)行定量比較。
4. 神經(jīng)科學(xué)研究
在IVIS活體光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行神經(jīng)科學(xué)相關(guān)疾病研究中，常用的標(biāo)記方法及應(yīng)用領(lǐng) 域包括：1、利用螢火蟲熒光素酶或熒光蛋白作為報(bào)告基因，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)體外 轉(zhuǎn)染神經(jīng)腫瘤細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞等細(xì)胞，進(jìn)行神經(jīng)腫瘤、神經(jīng)發(fā)育及細(xì)胞治療的相 關(guān)研究；2、利用熒光素酶作為報(bào)告基因標(biāo)記神經(jīng)疾病相關(guān)基因構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動(dòng)物， 進(jìn)行神經(jīng)疾病機(jī)理研究；3、利用功能性熒光探針監(jiān)測神經(jīng)疾病的發(fā)生發(fā)展。舉例 如下：
對(duì)于神經(jīng)膠質(zhì)瘤，目前常規(guī)的治療方案順序是手術(shù)、放療、藥物治療，藥物治療是 維持療效，實(shí)現(xiàn)殺滅腫瘤或是帶瘤生存的必要手段。對(duì)于腦膠質(zhì)瘤來說，理想的藥 物治療是藥物可以透過血腦屏障，在腫瘤內(nèi)均勻分布并且快速、高效抑制膠質(zhì)瘤、 不滲入腦脊液、不影響正常腦組織，對(duì)外周組織低毒副作用，因此神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治 療要求抗腫瘤藥物集中在神經(jīng)膠質(zhì)瘤部位，而非全腦分布。IVIS Spectrum  3D 成像功能可以對(duì)熒光標(biāo)記的抗腫瘤藥物在腦膠質(zhì)瘤內(nèi)的靶向性進(jìn)行成像和精確 定位，從而為研究腫瘤微環(huán)境對(duì)藥物釋放、藥效和藥物靶向作用提供重要作用。

圖：使用 IVIS Spectrum 可以對(duì)藥物的在體分布和對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的靶向作用進(jìn)行精確定位研究
朊病毒又稱蛋白質(zhì)侵染因子、毒朊或感染性蛋白質(zhì)，是一類能侵染動(dòng)物并在宿主細(xì) 胞內(nèi)復(fù)制的小分子無免疫性疏水蛋白質(zhì)，因此朊病毒（Prion virus）嚴(yán)格來說不是 病毒，而是一類不含核酸而僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成的可自我復(fù)制并具感染性的因子；朊病 毒能使人類神經(jīng)、注意力出現(xiàn)障礙、思維陷入極度混亂狀態(tài)，使其難以完成復(fù) 雜的動(dòng)作。利用 IVIS Spectrum 能對(duì)朊病毒引發(fā)的中樞神經(jīng)損傷進(jìn)行研究：通過給

GFAP-luc Tg 轉(zhuǎn)基因生物發(fā)光小鼠顱內(nèi)注射 RML Prions ，GFAP（膠質(zhì)纖維酸性蛋 白）可以表征星形膠質(zhì)細(xì)胞的增生，進(jìn)而反映朊病毒引發(fā)的中樞神經(jīng)損傷，GFAP 與螢火蟲熒光素酶（luc）基因串聯(lián)表達(dá)，因此通過 IVIS Spectrum 的3D 成像功能 可以對(duì) GFAP 蛋白在顱內(nèi)的表達(dá)進(jìn)行監(jiān)測和精確定位，從而對(duì)疾病的進(jìn)展進(jìn)行長 時(shí)程監(jiān)測和定量分析。

圖：使用 IVIS Spectrum 對(duì)朊病毒引發(fā)的中樞神經(jīng)損傷進(jìn)行精確定位和定量研究
利用 IVIS 系統(tǒng)研究神經(jīng)疾病相關(guān)特異性基因的表達(dá)，能夠揭示神經(jīng)疾病的分子機(jī) 理，從而為治療神經(jīng)疾病發(fā)揮積極作用。科研人員利用 TLR2-luc/GFP 轉(zhuǎn)基因小鼠， 結(jié)合 IVIS Spectrum 系統(tǒng)觀測了小鼠大腦中動(dòng)脈閉塞導(dǎo)致的 TLR2 蛋白高表達(dá)，并 且獲得生物發(fā)光的三維圖像。

圖：使用 IVIS Spectrum 系統(tǒng)3D 成像功能研究動(dòng)脈閉塞導(dǎo)致的TLR2 蛋白高表達(dá)和精確定位 另外，在髓鞘損傷研究過程中， IVIS Spectrum 系統(tǒng)也可以發(fā)揮重要作用。借助 IVIS 活體光學(xué)成像系統(tǒng)，研究人員使用一種可以靶向髓鞘的近紅外熒光探針 3,3-
diethylthiatricarbocyanine iodide (DBT)來研究髓鞘的損傷與修復(fù)過程：通過向小鼠 飼料中添加 Cuprizone 使得小鼠髓鞘發(fā)生損傷，熒光成像結(jié)果顯示，髓鞘損傷小鼠

顱內(nèi)的 DBT 熒光信號(hào)與正常小鼠相比顯著減少；通過改善食物對(duì)髓鞘損傷小鼠進(jìn) 行髓鞘修復(fù)，結(jié)果顯示，在髓鞘修復(fù)過程中，顱內(nèi) DBT 熒光信號(hào)顯著增強(qiáng)，且修 復(fù) 8 周小鼠的信號(hào)強(qiáng)于修復(fù) 4 周的小鼠；通過 IVIS Spectrum 3D 成像功能 還可以對(duì)顱內(nèi) DBT 信號(hào)進(jìn)行精確定位，并對(duì)其富集程度和濃度進(jìn)行精確定量。
子宮內(nèi)電穿孔技術(shù)(In Utero Electroporation ，IUE)是一種利用電穿孔技術(shù)將基因引 入子宮器官內(nèi)的一種技術(shù)，通過調(diào)整電極的方向可以轉(zhuǎn)染腦組織不同部位的神經(jīng)元， 具有時(shí)間和空間的可控性，所以主要用于研究基因在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中的功能。
該技術(shù)目前的一個(gè)主要難點(diǎn)在于對(duì)轉(zhuǎn)染的成功率和轉(zhuǎn)染基因的表達(dá)進(jìn)行精確定位， 研究人員將螢火蟲熒光素酶發(fā)光報(bào)告基因質(zhì)粒和目的基因質(zhì)粒的混合物共注射入大 鼠側(cè)腦室，利用 IVIS Spectrum 所 3D 成像技術(shù)，可以對(duì)顱內(nèi)皮質(zhì)區(qū)和海馬 區(qū)內(nèi)的目的基因信號(hào)表達(dá)進(jìn)行精確定位和分辨。

圖：通過 IVIS Spectrum 系統(tǒng)可以對(duì) IUE 過程中目標(biāo)基因的表達(dá)進(jìn)行成像研究，其 3D 成像 功能可以精細(xì)區(qū)分出顱內(nèi)皮質(zhì)區(qū)和海馬區(qū)內(nèi)的信號(hào)

5. 材料學(xué)研究
材料學(xué)研究是小動(dòng)物活體光學(xué)成像技術(shù)的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，其主要研究方向包 括：1、生物材料的在體分布和代謝研究；2、材料（腫瘤靶向性熒光納米材料）的 腫瘤內(nèi)靶向和富集研究；3、材料的毒理學(xué)研究。舉例如下：

使用 IVIS Spectrum 可以對(duì)腫瘤靶向的藥物或材料的在體分布和代謝進(jìn)行定性及定 量研究。例如不同形狀的有機(jī) Quinoline-malononitrile (QM)熒光納米探針對(duì)腫瘤的 靶向和富集作用存在差異，使用 IVIS Spectrum 可以對(duì)球狀的 QM-5 和桿狀的 QM- 2 的在體分布進(jìn)行長時(shí)程成像觀察，通過 IVIS Spectrum 3D 熒光成像功能可 以對(duì) QM 的腫瘤內(nèi)富集進(jìn)行精確定位和精確定量比較（精確到 pmol）。

圖：使用 IVIS Spectrum 可以對(duì)桿狀 QM-2 和球狀 QM-5 的在體分布進(jìn)行檢查，其 3D 成像功 能可對(duì) QM 的腫瘤內(nèi)富集進(jìn)行精確定位和精確定量比較。
納米硅顆粒（nSPs ），二氧化鈦納米顆粒（nano-TiO2 ）和碳納米管（ carbon nanotubes）等納米材料如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、化妝品制造和藥物遞呈研 究中，尤其是 nSPs，由于其親水性強(qiáng)，易合成并且表面容易修飾，常被用作化妝 品和食物中的添加劑。但這些納米材料也具有潛在的生物學(xué)毒性，例如碳納米管可 像石棉一樣誘發(fā)小鼠體內(nèi)間皮瘤樣病變，nSPs 可誘發(fā)小鼠嚴(yán)重肝損傷和炎癥反應(yīng)。 胎兒與成人相比，其對(duì)環(huán)境中的有毒物質(zhì)更加敏感，來自空氣、水體和食物中的化 學(xué)有毒物質(zhì)可誘發(fā)妊娠并發(fā)癥，因此，研究這些常見納米材料的母體/胎兒毒理學(xué) 作用，對(duì)防治復(fù)發(fā)性流產(chǎn)、胎兒宮內(nèi)生長異常等意義重大，小動(dòng)物活體光學(xué)成像技 術(shù)由于其無損、直觀、可長時(shí)程連續(xù)觀測等優(yōu)勢，在該領(lǐng)域的研究中發(fā)揮著越來越 重要的作用。Yamashita 等使用 IVIS 系統(tǒng)研究了不同粒徑大小的納米材料對(duì)胎鼠的 富集和毒理學(xué)作用。研究人員將不同粒徑（直徑 70 nm 、300 nm 、1000 nm）的 nSPs 用 DY-676 進(jìn)行熒光標(biāo)記，標(biāo)記后的 nSPs 通過尾靜脈注射入懷孕 16 天的孕鼠 體內(nèi)，注射后 24 h 時(shí)刻使用 IVIS 系統(tǒng)對(duì) nSPs 在母鼠和胎鼠中的分布進(jìn)行活體成 像觀察，結(jié)果顯示：全部不同粒徑大小的 nSPs 均在母鼠肝臟部位有富集，而只有 nSP70 在胎盤和胎鼠內(nèi)有富集，直徑較大的 nSP300 和 nSP1000 的無法進(jìn)入胎盤；
將熒光標(biāo)記的 nSPs 連續(xù)兩天通過尾靜脈注射入孕鼠體內(nèi)（每天注射一次，每次注

射劑量為 0.8 mg），結(jié)果顯示注射了 nSP70 的母鼠體重很快開始下降，且胎鼠重 量明顯偏輕（比正常胎鼠的重量輕 10%），注射了直徑較大 nSP300 和 nSP1000 的 母鼠和胎鼠的體重均無影響，這說明 nSP70 對(duì)母鼠和胎鼠產(chǎn)生了明顯的毒副作用； 另外，研究人員還對(duì) nSP70 表面用 COOH 和NH2 基團(tuán)進(jìn)行了化學(xué)修飾（分別得到 nSP70-C 和 nSP70-N），活體成像實(shí)驗(yàn)顯示 nSP70-C 和 nSP70-N 也可以進(jìn)入胎盤和 胎鼠內(nèi)，但對(duì)母鼠和胎鼠的體重?zé)o影響，通過適當(dāng)表面化學(xué)修飾的方法可以降低 nSPs 的毒性；研究人員還測試了 nano-TiO2（35 nm 粒徑）以及 Fullerene（富勒烯 / C60）的相關(guān)毒理作用，結(jié)果顯示 nano-TiO2 和 nSP70 一樣，會(huì)對(duì)母鼠和胎鼠產(chǎn) 生明顯毒性，而 Fullerene 則無明顯毒性；借助于 IVIS Spectrum  3D 成像功 能，還可以對(duì)這些熒光標(biāo)記的納米顆粒在孕鼠和胎盤內(nèi)的分布進(jìn)行精確定位，對(duì)其 在臟器和胎盤中的富集進(jìn)行精確定量（精確到 pmol）。

綜上：小動(dòng)物活體光學(xué)成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究、疾病模型和相關(guān)的藥物 研發(fā)過程。Revvity IVIS Spectrum 系統(tǒng)作為目前先進(jìn)的小動(dòng)物光學(xué)活體成 像系統(tǒng)，不僅具備最高靈敏度的 2D 生物發(fā)光和熒光成像功能，還同時(shí)具備的 3D 成像功能和透射熒光成像功能；透射熒光成像功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)深層組織和臟 器內(nèi)的弱熒光信號(hào)進(jìn)行成像觀測；通過 3D 成像技術(shù)，可以獲取 2D 成像無法獲取 的重要生物學(xué)信息：信號(hào)的深度、體積、細(xì)胞數(shù)量、熒光濃度等精確定量信息， 3D 光學(xué)成像數(shù)據(jù)還可以與其它影像結(jié)果（如 CT/MRI）的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)功 能學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)成像的結(jié)合；IVIS Spectrum 系統(tǒng)所代表的可以為各領(lǐng) 域研究提供非常豐富的圖像和影像學(xué)數(shù)據(jù)，具有顯著的適應(yīng)性和必要性。