小動(dòng)物活體成像技術(shù)是一項(xiàng)重要的生物醫(yī)學(xué)研究工具，它能夠在不損傷動(dòng)物的前提下，對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行組織、細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究。以下是對(duì)小動(dòng)物活體成像技術(shù)的詳細(xì)介紹：

一、技術(shù)背景與原理

小動(dòng)物活體成像技術(shù)起源于1999年，由美國(guó)哈佛大學(xué)Weissleder等人提出的分子影像學(xué)（molecular imaging）概念發(fā)展而來(lái)。分子成像技術(shù)利用特異性分子探針追蹤靶目標(biāo)并成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活體生物過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)得益于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的使用、新的成像藥物的運(yùn)用以及高特異性的探針和小動(dòng)物成像設(shè)備的發(fā)展。

二、成像技術(shù)與分類

小動(dòng)物活體成像技術(shù)主要分為以下幾類：

可見(jiàn)光成像：包括生物發(fā)光與熒光兩種技術(shù)。生物發(fā)光是用熒光素酶基因標(biāo)記DNA，利用其產(chǎn)生的蛋白酶與相應(yīng)底物發(fā)生生化反應(yīng)產(chǎn)生生物體內(nèi)的光信號(hào)；而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基因（如GFP、RFP）或熒光染料（如FITC、Cy5、Cy7及量子點(diǎn)等）進(jìn)行標(biāo)記，通過(guò)激發(fā)光和發(fā)射光獲取成像。

核素成像：包括正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（PET）和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)（SPECT）。這兩種技術(shù)都利用放射性核素的示蹤原理進(jìn)行顯像，屬于功能顯像。小動(dòng)物PET/SPECT具有標(biāo)記的廣泛性、絕對(duì)定量、高靈敏度以及能夠獲得斷層及三維信息等優(yōu)點(diǎn)。

核磁共振成像（MRI）：MRI是一種無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射的成像技術(shù)，能夠提供活體組織的結(jié)構(gòu)和功能信息。它在小動(dòng)物活體成像中也被廣泛應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）：CT成像技術(shù)利用X射線對(duì)人體進(jìn)行掃描，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理得到組織的斷層圖像。在小動(dòng)物活體成像中，CT成像技術(shù)可以提供組織的結(jié)構(gòu)信息。

超聲成像：超聲成像利用超聲波的反射和散射原理來(lái)獲取組織的圖像信息。它具有無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，在小動(dòng)物活體成像中也有一定應(yīng)用。

三、成像步驟與設(shè)備

小動(dòng)物活體成像實(shí)驗(yàn)通常包括以下幾個(gè)步驟：

光學(xué)標(biāo)記：選擇合適的熒光素酶或熒光報(bào)告基因進(jìn)行標(biāo)記，并構(gòu)建穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞系。

構(gòu)建動(dòng)物模型：將標(biāo)記的細(xì)胞通過(guò)尾靜脈注射、皮下移植或原位移植等方法接種到小動(dòng)物體內(nèi)。

活體動(dòng)物成像：將小動(dòng)物放入成像暗箱平臺(tái)，通過(guò)軟件控制平臺(tái)的升降和照明燈的開(kāi)啟與關(guān)閉，拍攝背景圖和活體成像圖。對(duì)于熒光成像，需要選擇合適的激發(fā)和發(fā)射濾片；對(duì)于生物發(fā)光成像，則需要在成像前體內(nèi)注射底物激發(fā)發(fā)光。

小動(dòng)物活體成像設(shè)備如IVIS Lumina III等，具有高靈敏度生物發(fā)光二維成像和高性能熒光二維成像功能，配備了高品質(zhì)濾光片及專利的光譜分離算法，可實(shí)現(xiàn)自發(fā)熒光扣除及多探針成像。

四、應(yīng)用領(lǐng)域與優(yōu)勢(shì)

小動(dòng)物活體成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，包括但不限于：

疾病生物學(xué)研究：通過(guò)監(jiān)測(cè)疾病相關(guān)基因和分子的表達(dá)變化，揭示疾病的發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展過(guò)程。

藥物研發(fā)：在藥物篩選、藥效評(píng)估、藥物代謝和毒理學(xué)研究中發(fā)揮重要作用，能夠加速新藥研發(fā)進(jìn)程并降低研發(fā)成本。

基因治療研究：通過(guò)監(jiān)測(cè)基因治療后的細(xì)胞活動(dòng)和基因表達(dá)情況，評(píng)估基因治療的效果和安全性。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物研究：對(duì)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的性狀進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，對(duì)表型進(jìn)行直接觀測(cè)和定量分析。

與傳統(tǒng)的體外成像或細(xì)胞培養(yǎng)相比，小動(dòng)物活體成像技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)：

能夠反映細(xì)胞或基因表達(dá)的空間和時(shí)間分布：從而了解活體動(dòng)物體內(nèi)的相關(guān)生物學(xué)過(guò)程、特異性基因功能和相互作用。

可以對(duì)同一個(gè)研究個(gè)體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)跟蹤成像：既可以提高數(shù)據(jù)的可比性，避免個(gè)體差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，又不需要?dú)⑺滥Ｊ絼?dòng)物，節(jié)省了大量科研費(fèi)用。

在藥物開(kāi)發(fā)方面具有劃時(shí)代的意義：能夠解決傳統(tǒng)藥物研發(fā)中由于藥物安全性問(wèn)題而終止的難題，使藥物在臨床前研究中通過(guò)利用分子成像的方法獲得更具體的分子或基因水平的數(shù)據(jù)。

總結(jié)

小動(dòng)物活體成像技術(shù)作為一種先進(jìn)的生物醫(yī)學(xué)研究工具，在推動(dòng)疾病研究、藥物開(kāi)發(fā)和基因治療等領(lǐng)域的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，相信它將在未來(lái)醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。