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Revvity小動物活體光學(xué)成像技術(shù)已在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床前醫(yī)學(xué)研究及藥物 研發(fā)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中，基因和細(xì)胞治療是活體光學(xué)成像技術(shù)的熱 點(diǎn)之一。在活體光學(xué)成像實(shí)驗(yàn)中，常用于基因和細(xì)胞治療的光學(xué)標(biāo)記方法包括：1.利用螢 火蟲熒光素酶（Firefly Luciferase）或者熒光蛋白作為報(bào)告基因，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)標(biāo)記細(xì)胞 ，病毒，細(xì)菌或者基因，進(jìn)而觀測基因和細(xì)胞治療效果。2.通過外源注射功能性熒光探針 ，觀測基因和細(xì)胞治療效果。

一．實(shí)時監(jiān)測非侵入性基因送遞和治療

1. 不同載體的基因傳遞

光學(xué)成像技術(shù)可以用來監(jiān)測基因傳遞過程。進(jìn)行轉(zhuǎn)基因的載體包括病毒載體比如腺 病毒 （Adenovirus，Ad），皰疹性口腔炎病毒 （Vesicular Stomatitis Virus, VSV）和單純 皰疹病毒（Herpes Simplex Virus, HSV）。其他的載體包括化學(xué)轉(zhuǎn)染試劑比如脂質(zhì)轉(zhuǎn)染 （Lipofection）和高分子聚合物（Polymer reagents）。下圖所示，研究人員使用熒光蟲熒 光素酶標(biāo)記的 pMVC-luc 質(zhì)粒進(jìn)行多種基因傳遞方式進(jìn)行轉(zhuǎn)染，如超聲（US Ultrasound），電穿孔（EP-Electroporation），脂質(zhì)轉(zhuǎn)染（Lipo-Lipofectamine 2000），腺 病毒（Ad-Adenovirus 5）和腺相關(guān)病毒（AAV-Adeno-associated virus 2）轉(zhuǎn)導(dǎo)。利用 Revvity的 IVIS 成像系統(tǒng)可顯示出腺病毒和腺相關(guān)病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)后所顯示生物發(fā)光，說明 這兩種方法的高。

研究人員使用電穿孔的方法在小鼠的不同部位如肝臟和肌肉部位進(jìn)行螢火蟲熒光素 酶標(biāo)記的pMVC-luc 質(zhì)粒轉(zhuǎn)染，利用 Revvity的 IVIS成像系統(tǒng)觀測轉(zhuǎn)染后的生物發(fā)光強(qiáng)度 ，發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒在肌肉中的轉(zhuǎn)染效率更高（下圖）。

2. 傳遞DNA治療疾病

基因傳遞細(xì)胞因子基因比如IFN質(zhì)粒能夠調(diào)節(jié)天生免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)。研 究人員在回結(jié)腸動脈注射螢火蟲熒光素標(biāo)記結(jié)腸癌細(xì)胞株（luc-Conlon26 cell）使腫瘤轉(zhuǎn)移 到肝臟，然后靜脈注射IFN-λ質(zhì)粒。Revvity的IVIS系統(tǒng)成像結(jié)果顯示注射IFN-λ質(zhì)粒的小 鼠結(jié)腸癌生物發(fā)光強(qiáng)度明顯下降，而且結(jié)腸癌小鼠的存活率明顯提高。這說明 IFN-λ質(zhì)粒 傳遞能夠顯著的阻止結(jié)腸腫瘤細(xì)胞的生長，從而幫助治療人類惡性腫瘤（下圖）。

3. 使用RNA 治療疾病

細(xì)胞衰老在癌癥的發(fā)展中起到了重要作用， microRNAs 可以調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老。研究 人員在螢火蟲熒光素酶標(biāo)記 MDA-MB-231-luc 乳腺癌細(xì)胞建立的腫瘤模型中，注射 microRNA （衰老相關(guān) miR22）。Revvity的 IVIS成像系統(tǒng)結(jié)果顯示 miR-22在小鼠體內(nèi)能 夠通過誘導(dǎo)細(xì)胞衰老從而抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移（下圖）。

神經(jīng)細(xì)胞瘤是從交感神經(jīng)系統(tǒng)的前體細(xì)胞引發(fā)的癌癥。在 In vitro 研究中，micro RNA（miR-184）能夠抑制神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞在細(xì)胞培養(yǎng)液中的生長。因此，研究 miR-184 在活體中的作用是非常有意義的。研究人員在小鼠腹膜后注射 miR-184 高表達(dá)的螢火蟲熒 光素標(biāo)記人神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞（SKN-ASluc or NB1691luc），Revvity的 IVIS 成像系統(tǒng)結(jié)果顯 示 miR-184 能夠抑制神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞的發(fā)光強(qiáng)度，而且提高腫瘤小鼠的存活率（下圖） 。研究結(jié)果說明 miR-184 能夠抑制神經(jīng)細(xì)胞瘤細(xì)胞在原位異種移植瘤模型內(nèi)的增殖，應(yīng) 用miR-184是治療神經(jīng)膠質(zhì)瘤的潛在療法。

shRNA（short hairpin RNA）能夠用來干擾 RNA 使基因沉默。研究人員使用 shRNA 敲除阿片受體基因的肺癌小鼠，注射 Revvity公司的 Prosensen680 探針探測腫瘤的 組織蛋白酶活性從而了解 shRNA對于肺癌小鼠的治療效果。使用 Revvity公司的FMT 小動 物活體熒光斷層成像系統(tǒng)觀測Prosense680熒光強(qiáng)度，結(jié)果顯示使用 shRNA敲除阿片受體 基因能夠明顯的抑制組織蛋白酶活性和肺癌腫瘤細(xì)胞的生成（下圖）。

二．細(xì)胞治療

人類胚胎干細(xì)胞能夠運(yùn)用于細(xì)胞移植治療，然而在細(xì)胞移植后會發(fā)生免疫排斥反 應(yīng)，因此研究低抗原性的胚胎干細(xì)胞并且提高移植后細(xì)胞活性是干細(xì)胞移植應(yīng)用的熱點(diǎn)。 研究人員移植螢火蟲熒光素酶標(biāo)記人白細(xì)胞抗原敲除的胚胎干細(xì)胞到具有免疫活性的急性 心肌梗塞小鼠模型，免疫排斥反應(yīng)減輕而且胚胎干細(xì)胞的存活率提高 （下圖）。結(jié)果說明 敲除白細(xì)胞抗原的胚胎干細(xì)胞能夠激發(fā) T細(xì)胞忽視和減輕異種免疫排斥，低抗原性的胚胎 干細(xì)胞能夠提高移植后細(xì)胞的活性。

人體胚胎素在間充質(zhì)干細(xì)胞和造血干細(xì)胞的細(xì)胞治療中有非常重要的作用，包括提 高造血干細(xì)胞的移植成活率，炎癥調(diào)節(jié)，骨修復(fù)和癌癥。人胚胎源貼壁細(xì)胞是從人產(chǎn)后胚 胎分離出的間充質(zhì)樣干細(xì)胞。研究人員骨內(nèi)移植 H929 骨髓瘤細(xì)胞到嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷 （SCID）小鼠，靜脈注射螢火蟲熒光素酶和增強(qiáng)型綠色熒光蛋白（EGFP）標(biāo)記人胚胎源 貼壁細(xì)胞，Revvity的 IVIS 系統(tǒng)顯示人胚胎源貼壁細(xì)胞能夠位移到骨髓瘤骨內(nèi)從而促進(jìn)細(xì) 胞生長（下圖）。

肝癌是五大癌癥，治療肝癌的方法是肝臟移植或者手術(shù)切除。腫瘤晚 期病人手術(shù)切除治療后有高復(fù)發(fā)率，因此使用化學(xué)療法是治療晚期腫瘤患者的第二選擇。 然而總體來說治療效果并不理想，主要原因是腫瘤細(xì)胞的高化療抗性和化療治療劑本身的 毒性，因此研究肝癌的化療抗性對提高治療的效率和患者康復(fù)有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)腫瘤 干細(xì)胞對化學(xué)治療有強(qiáng)的抵抗力，因此腫瘤干細(xì)胞對腫瘤在常規(guī)治療后的復(fù)發(fā)起關(guān)鍵作 用。研究者使用異種移植化療抗性肝癌小鼠，順鉑（cisplatin）化學(xué)治療后, CD24（一種粘 蛋白樣細(xì)胞表面糖蛋白）表達(dá)上調(diào)。因此為了研究 CD24 在腫瘤干細(xì)胞高化療抗性的作 用，靜脈注射 CD24+人肝癌細(xì)胞到免疫缺陷/非肥胖糖尿?。∟OD/SCID）小鼠， Revvity的 IVIS 系統(tǒng)成像顯示腫瘤在小鼠體內(nèi)形成，而且能夠自我維持，分化和轉(zhuǎn)移， 然而敲除 CD24 的人肝癌細(xì)胞抑制腫瘤干細(xì)胞形態(tài)形成（下圖）。結(jié)果說明 CD24信號通 路是肝癌患者的治療靶位。

使用細(xì)菌能夠用于實(shí)時監(jiān)測傳染性疾病和基因治療研究的效果。皮下注射螢火蟲 熒光素酶標(biāo)記結(jié)腸癌細(xì)胞株（HCT 116）形成腫瘤小鼠模型，然后尾靜脈注射細(xì)菌熒光素 酶標(biāo)記的 B.breve UCC2003。Revvity的 IVIS 系統(tǒng)三維成像顯示細(xì)菌熒光素酶標(biāo)記B. breve 和生物發(fā)光標(biāo)記 HCT116共定位（下圖）。結(jié)果說明使用非病原性細(xì)菌可以作為載 體用于癌癥靶位治療。

人表皮生長因子受體 2（HER2）的高表達(dá)，點(diǎn)突變和基因刪除是和多種癌癥（乳 腺癌，卵巢癌，胰臟癌，胃癌和直腸癌）緊密相聯(lián)系的。單核細(xì)胞增多性李斯特菌（Lm， Listeria monocytogenes）是一種兼性胞內(nèi)寄生菌，而且可以用于疫苗載體。給予 Balb /c 小 鼠新型單核細(xì)胞增多性李斯特菌-人表皮生長因子受體2嵌合疫苗免疫注射，然后靜脈注射 螢火蟲熒光素標(biāo)記小鼠乳腺癌細(xì)胞（4T1-luc）。Revvity的 IVIS 系統(tǒng)成像顯示嵌合疫苗免 疫乳腺癌腫瘤小鼠的生物發(fā)光強(qiáng)度明顯弱于單核細(xì)胞增多性李斯特菌免疫的對照組（下 圖）。結(jié)果說明細(xì)菌受體嵌合疫苗能夠明顯推遲肺癌腫瘤負(fù)載，轉(zhuǎn)移和提高小鼠存活率。

利用胰島細(xì)胞移植治療一型糖尿病的障礙是患者慢性免疫抑制的問題。然而服用免 疫抑制藥物不僅能夠增加傳染性疾病和惡性腫瘤發(fā)病率而且產(chǎn)生 β 細(xì)胞再生的紊亂。研究 如何包膜細(xì)胞進(jìn)行移植，降低和消除移植中的免疫抑制是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。研究者使用 TheraCyte 大包囊技術(shù)包裹螢火蟲熒光素酶標(biāo)記β細(xì)胞進(jìn)行移植，Revvity的IVIS系統(tǒng)成像 顯示 TheraCyte 大包囊包膜的 β 細(xì)胞在異種移植的小鼠中生物發(fā)光強(qiáng)度提高，結(jié)果說明 TheraCyte 大包囊能夠提高異種移植的 β 細(xì)胞成活率（下圖）。利用 TheraCyte 大包囊技 術(shù)可以進(jìn)行細(xì)胞治療糖尿病。

多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤是有侵越性的原發(fā)性腦瘤。目前來說，手術(shù)切除結(jié)合放射 和化學(xué)療法是治療多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤的最好方法。然而對于中老年患者，放射和化學(xué)治 療只能減緩而不能阻止腫瘤細(xì)胞生長。CD133+腫瘤干細(xì)胞的化學(xué)和放射療法耐藥性能夠解 釋傳統(tǒng)療法低效率的原因。正位異種移植螢火蟲熒光素酶標(biāo)記的人多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì) 胞到免疫缺陷小鼠（SCID）前額葉，建立多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤小鼠模型。腫瘤內(nèi)注射 HER2 靶向的嵌合性T細(xì)胞，Revvity的 IVIS系統(tǒng)成像顯示經(jīng)過特異性 HER2+ T細(xì)胞治療 小鼠的生物發(fā)光明顯下降（下圖）。結(jié)果說明特異性HER2+ T細(xì)胞能夠抑制多形性成膠質(zhì) 細(xì)胞瘤的生長，從而進(jìn)行有效治療多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤患者。