在腫瘤研究的征程中，科學(xué)家們始終在尋找能夠精準(zhǔn)觀測腫瘤動(dòng)態(tài)變化的技術(shù)手段。小動(dòng)物活體成像儀的出現(xiàn)，猶如為腫瘤研究打開了一扇“透視窗”，讓研究者能夠非侵入性地實(shí)時(shí)觀察活體動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、藥物療效等關(guān)鍵過程，為腫瘤研究帶來了革命性的突破。

核心技術(shù)原理：捕捉微弱光信號

小動(dòng)物活體成像儀主要基于生物發(fā)光和熒光成像技術(shù)。生物發(fā)光成像技術(shù)是將熒光素酶基因標(biāo)記到腫瘤細(xì)胞中，當(dāng)向動(dòng)物體內(nèi)注射熒光素酶的底物后，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)會(huì)發(fā)生酶促反應(yīng)并產(chǎn)生光子，這些光子被成像儀的深制冷背照式科學(xué)級CCD相機(jī)捕獲。例如，Tanon Prime 5000小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)搭載的-100℃深度制冷背照式CCD相機(jī)，能將暗電流抑制到近乎為零，極大程度地減少了儀器自身的熱噪聲，使其能夠捕捉到單個(gè)光子級別的微弱信號，清晰呈現(xiàn)深層組織內(nèi)更微小的生物發(fā)光病灶。

熒光成像技術(shù)則是利用熒光報(bào)告基團(tuán)（如綠色熒光蛋白GFP、紅色熒光蛋白R(shí)FP等）或熒光染料標(biāo)記腫瘤細(xì)胞、藥物或特定分子。在外部激發(fā)光的照射下，熒光基團(tuán)被激發(fā)并發(fā)射出特定波長的熒光，成像儀通過高性能濾光片組和專利光譜分離算法，分離出目標(biāo)熒光信號，實(shí)現(xiàn)多探針同步檢測。像IVIS Spectrum小動(dòng)物活體光學(xué)三維成像系統(tǒng)，其高性能濾光片組覆蓋410nm - 790nm波段，結(jié)合專利光譜分離算法，可有效消除小鼠毛發(fā)等背景干擾，支持多探針成像分析。

腫瘤研究中的關(guān)鍵應(yīng)用

1.腫瘤生長與轉(zhuǎn)移監(jiān)測

傳統(tǒng)的腫瘤研究方法往往需要在不同時(shí)間點(diǎn)處死動(dòng)物來獲取腫瘤組織樣本，不僅成本高，而且難以獲取同一動(dòng)物個(gè)體內(nèi)腫瘤的連續(xù)變化數(shù)據(jù)。小動(dòng)物活體成像儀則可實(shí)現(xiàn)對同一批動(dòng)物進(jìn)行不同時(shí)間點(diǎn)的長時(shí)間觀測，大幅降低實(shí)驗(yàn)成本，并獲取重復(fù)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，在膀胱癌研究中，利用活體成像技術(shù)構(gòu)建可視化的小鼠原位移植瘤模型，可在活體熒光整體成像系統(tǒng)下直接觀察腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，清晰呈現(xiàn)腫瘤在不同階段的生長情況和轉(zhuǎn)移路徑。

2.抗腫瘤藥物研發(fā)

在藥物研發(fā)過程中，小動(dòng)物活體成像儀發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它可以在活體動(dòng)物水平進(jìn)行藥效評價(jià)，觀測藥物在活體動(dòng)物體內(nèi)的靶向、分布及代謝情況。以福建師范大學(xué)燕雙仟教授團(tuán)隊(duì)的研究為例，他們利用RWD MOIS HT小動(dòng)物活體成像系統(tǒng)對膽固醇代謝調(diào)控型納米脂質(zhì)體ictLipo的藥代動(dòng)力學(xué)與生物分布進(jìn)行了全程追蹤。成像結(jié)果顯示，和游離藥物相比，ictLipo的血藥半衰期從2.1小時(shí)延長至8.7小時(shí)，腫瘤部位的熒光信號強(qiáng)度是游離藥物組的4.5倍，且在腫瘤內(nèi)部滯留時(shí)間超72小時(shí)，為評估藥物的療效和安全性提供了直觀、可靠的數(shù)據(jù)。

3.癌癥分子機(jī)理研究

小動(dòng)物活體成像儀還能將癌癥分子機(jī)理的研究由體外拓展至體內(nèi)。通過利用熒光素酶標(biāo)記特定基因，構(gòu)建特定基因 - 熒光素酶的共表達(dá)載體，研究人員可以觀察癌癥相關(guān)基因在癌癥發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中的作用。例如，在研究p53抑癌基因時(shí)，利用生物發(fā)光技術(shù)標(biāo)記p53基因，通過觀察熒光信號的變化，研究p53基因在腫瘤發(fā)生過程中的表達(dá)情況和作用機(jī)制。

未來展望

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，小動(dòng)物活體成像儀將朝著更高靈敏度、更高分辨率、多模態(tài)融合的方向發(fā)展。未來，它有望與人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)深度結(jié)合，為腫瘤研究提供更全面、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，助力科學(xué)家們攻克腫瘤難題，為人類健康帶來新的希望。