光学分子成像

活体动物体内光学成像主要有荧光成像(Fluorescence Imaging)和生物体自发光成像(Biolum inescence Imaging)两种技术。荧光技术则采用荧光报告基团(GFP、RFP)或Cyt及Dyes等荧光染料进行标记，利用报告基因产生的生物发光、荧光蛋白质或染料产生的荧光就可以形成体内的生物光源，利用灵敏的光子成像技术可以从动物体表检测到组织内部的生物光源，使研究人员能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。常用的有红色荧光蛋白(DsRed)、绿色荧光蛋白(GFP)及其他荧光报告基团，标记方法与体外荧光成像相似。荧光成像的优点是费用低廉和操作简单。红光的穿透性在体内比蓝绿光的穿透性要好得多，因此观测生理指标的最佳选择为近红外荧光。目前的技术采用不同的原理来尽量降低背景信号，从而获取机体中荧光的准确信息，这以GE－ART公司的时域(Time－Domain，TD)光学分子成像技术及精诺真公司和CRI公司采用的光谱分离技术为荧光成像的主要代表。对于生物体自发光成像和荧光成像来说，后者的缺点是自荧光背景相当程度地限制了探测灵敏度，优势在于多数荧光探针具有设计上的高度特异性和较高的量子效率，因而可产生适合现有探测技术的稳健信号;而生物体自发光成像的成像物体不需要外源激发，无自荧光背景干扰问题，具有超高的灵敏度，但微弱的自发光信号对探测技术提出了极高的要求，并且该技术原则上不能用于临床应用，仅限于基因工程细胞或转基因类动物。总的来说，光学成像价格较低廉且具有一个显著优点，它允许具有不同光谱特征的探针进行多通道成像。生物发光是用荧光素酶基因标记细胞或DNA。目前应用较多的报告基因是萤火虫荧光素酶(Firefly Luciferase)基因，其基因表达产物萤火虫素酶可以和从体外导入的萤火虫素(Luciferin)发生反应，从而发出近红外荧光，并可被CCD相机捕获。自1997年Contag首次观察到表达Fluc基因的转基因小鼠在注入荧光素酶底物后的生物发光现象以来，荧光素酶被广泛应用于小动物成像技术。由于生物组织一般在红外线范围(＞900 nm)及可见光范围(350～600 nm)有较高的光吸收，而在近红外区域(600～900 nm)生物分子的光吸收降到最低，所以大量的光可以穿过组织和皮肤从而被检测到。生物发光的最大特点是它有极高的灵敏度。