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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,皮膚創(chuàng)傷是近年來活體光學(xué)成像技術(shù)的 應(yīng)用熱點之一。小動物光學(xué)成像技術(shù)可對燒傷領(lǐng)域的研究起到重要的作用,促進(jìn)該領(lǐng)域 研究的進(jìn)展。利用小動物光學(xué)成像技術(shù)可以研究1、皮膚創(chuàng)傷發(fā)生后愈合的機制;2、創(chuàng) 傷伴隨的細(xì)菌感染的發(fā)生和進(jìn)展及機體自身產(chǎn)生的免疫反應(yīng);4、治療性的干細(xì)胞、藥 物等在體內(nèi)的靶向、分布、代謝等。下面結(jié)合一些具體實例進(jìn)行闡述:
在包括燒傷在內(nèi)的皮膚創(chuàng)傷研究中首先通過光學(xué)成像系統(tǒng)可觀察皮膚受到燒傷 等創(chuàng)傷后疾病發(fā)展或愈合的機制。例如Judith Campisi 和他的同事證明,在皮膚創(chuàng)傷 中,衰老細(xì)胞起到積極的作用,通過分泌血小板衍生生長因子(PDGF-AA)來促進(jìn)傷口 的愈合。在研究中研究人員建立了一種轉(zhuǎn)基因小鼠模型使得衰老細(xì)胞在體內(nèi)可視化 (The p16-3MR 小鼠模型,即將包含功海參熒光素酶,單節(jié)顯性 RFP,以及縮短的單 純皰疹病毒(HSV-1)胸腺激酶(HSV-TK)的 3MR 融合蛋白構(gòu)建入小鼠 P16IKN4a 基因的啟動子下,而P16IKN4a在大部分衰老的細(xì)胞表達(dá),因此可顯示衰老細(xì)胞);利 用該小鼠模型可觀察皮膚創(chuàng)傷后衰老細(xì)胞在創(chuàng)傷部位匯集如下圖所示,進(jìn)而可研究衰 老細(xì)胞參與皮膚愈合的機制。
上圖.檢測轉(zhuǎn)基因小鼠的特點。A.對照或X射線照射(IR)的 p16-3MR 小鼠,連續(xù)5天腹腔注射PBS 或 25 mg/kg of GCV,在注射底物腔腸素后進(jìn)行成像,可以看到正常的p16-3MR 小鼠未檢測到發(fā)光的信號, 而經(jīng)X射線誘導(dǎo)衰老后,P16-3MR 開始表達(dá),而 GCV(丙氧鳥苷)對細(xì)胞有殺傷作用。B.小鼠皮膚創(chuàng) 傷后,腹腔注射底物腔腸素進(jìn)行成像和定量分析,提示在兩天后檢測到發(fā)光的信號,在第6天時達(dá)到峰 值。H.P16-3MR 小鼠傷口的圖像。Marco Demaria,et al.Developmental Cell 2014,31: 722–733.
在大面積燒傷或其他皮膚創(chuàng)傷發(fā)生時,往往伴隨感染,而感染也成為燒傷患者致 死的重要原因。利用小動物光學(xué)成像系統(tǒng),可無創(chuàng)的實時檢測燒傷引起的感染程度, 分析細(xì)菌在傷口的生長,對感染程度作出判斷,同樣也可以檢測體內(nèi)免疫系統(tǒng)對感染 的反應(yīng),研究機體抵御感染的作用機制。例如Min-Ho Kim就利用小動物光學(xué)成像系 統(tǒng)檢測了小鼠皮膚創(chuàng)傷時嗜中性粒細(xì)胞在傷口的分布及金黃色葡萄球菌在創(chuàng)口的增 值情況。在研究中,Min-Ho Kim 利用增強型綠色熒光蛋白標(biāo)記嗜中性粒細(xì)胞的轉(zhuǎn)基 因小鼠(lys-EGFP mice)和熒光素酶標(biāo)記的金黃色葡萄球菌,分別利用熒光和生物發(fā) 光成像即可檢測在小鼠體內(nèi)嗜中性粒細(xì)胞和金黃色葡萄球菌的時空分布。
上圖.上:嗜中性粒細(xì)胞在傷口愈合過程中對傷口的浸潤;下:粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子和金黃色葡萄 球菌注射后增加系統(tǒng)嗜中性粒細(xì)胞的量和在傷口的分布,但是并未增加傷口的愈合時間,圖中生物發(fā)光顯 示金黃色葡萄球菌的分布,熒光成像顯示嗜中性粒細(xì)胞的時空分布。 Min-Ho Kim,et al.Journal of Investigative Dermatology (2008), 128:1812-1822
同樣利用小動物光學(xué)成像系統(tǒng)可以對燒傷等皮膚創(chuàng)傷的治療方法進(jìn)行評價,如評 價治療性干細(xì)胞或相關(guān)藥物的分布靶向及代謝情況,從而對治療機制和效果做出準(zhǔn)確 的判斷。其中ElkeSeppanen就利用IVIS光學(xué)成像技術(shù)觀察了皮膚發(fā)生創(chuàng)傷時,分泌 膠原蛋白的胎兒微嵌合體細(xì)胞(fetal microchimeric cells,F(xiàn)MC)在創(chuàng)傷部位的分布, 并證明了在創(chuàng)傷發(fā)生后分泌膠原蛋白的細(xì)胞對創(chuàng)口的治療作用,從而研究干細(xì)胞的治 療效果及存進(jìn)傷口愈合的機制(如下圖所示)。并且Revvity的 IVIS 成像技術(shù)在藥物 研發(fā)中應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,全球各大制藥企業(yè)均已采用活體光學(xué)成像技術(shù)開展多種新 藥的研發(fā),其中已有6種藥物獲得FDA認(rèn)證,另有8種藥物處于臨床測試階段。另外 ,Revvity的 IVIS 光學(xué)成像系統(tǒng)是受FDA認(rèn)可的系統(tǒng)。
上圖.上排:小鼠I型膠原a2(col1a2)微嵌合模型的建立。(A)繁殖策略,野生型雌性小鼠與半合子col1a2 轉(zhuǎn) 基因雄性小鼠(該小鼠在表達(dá)col1a2細(xì)胞中表達(dá)熒光素酶)交配,此方式可得到50% 的后代和因懷孕獲得 的表達(dá)熒光素酶基因的胎兒微嵌合體細(xì)胞(FMC)即實驗組;野生型雌性,即與野生型的雄性進(jìn)行交 配作為對照。 (B) 創(chuàng)傷模型:在產(chǎn)后大出血的雌性小鼠身上建立背部切割創(chuàng)傷,在創(chuàng)傷后0到7天連續(xù)進(jìn)行 生物發(fā)光成像。下排:產(chǎn)生膠原的FMC在傷口起始的第一天就被招募到母體皮膚創(chuàng)口處。
此外在燒傷或其他皮膚創(chuàng)傷發(fā)生后,損傷組織立即發(fā)生變性、滲出等一系列反應(yīng), 同時產(chǎn)生炎癥反應(yīng)和血管內(nèi)皮細(xì)胞損害,燒傷后的炎癥反應(yīng)屬于急性炎癥反應(yīng)。利用 Revvity的熒光探針即可檢測燒傷發(fā)生或愈合過程中,炎癥的發(fā)生和發(fā)展。
Revvity除提供專業(yè)的成像設(shè)備外,還具備專業(yè)的生物學(xué)研發(fā)團隊,在生物學(xué)模型建立及 應(yīng)用方面提供強大支持。生物發(fā)光方面,幾十種穩(wěn)定的生物發(fā)光腫瘤細(xì)胞株,生物發(fā)光 細(xì)菌菌株,以及優(yōu)質(zhì)的生物發(fā)光底物熒光素;熒光成像方面,具有幾十種功能性熒光試 劑(包括酶激活類、特異靶向類、血管生理類),可滿足癌癥、炎癥、心血管疾病、代謝 疾病、傳染病等多種領(lǐng)域的應(yīng)用需求,方便研究者直接開展上述實驗;另外,還提供多 種有機熒光染料及納米顆粒類熒光探針,用于細(xì)胞、蛋白、抗體等對象的標(biāo)記成像。這些 生物學(xué)產(chǎn)品可以很大程度的提高研究效率,加快發(fā)表高水平文章的進(jìn)程。