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

一、技術(shù)背景與原理

小動物活體成像技術(shù)起源于1999年，由美國哈佛大學(xué)Weissleder等人提出的分子影像學(xué)（molecular imaging）概念發(fā)展而來。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，從而實現(xiàn)對活體生物過程的實時監(jiān)測。這一技術(shù)的實現(xiàn)得益于分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動物模型的使用、新的成像藥物的運用以及高特異性的探針和小動物成像設(shè)備的發(fā)展。

二、成像技術(shù)與分類

小動物活體成像技術(shù)主要分為以下幾類：

可見光成像：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；而熒光技術(shù)則采用熒光報告基因（如GFP、RFP）或熒光染料（如FITC、Cy5、Cy7及量子點等）進(jìn)行標(biāo)記，通過激發(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。小動物PET/SPECT具有標(biāo)記的廣泛性、絕對定量、高靈敏度以及能夠獲得斷層及三維信息等優(yōu)點。

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

計算機(jī)斷層掃描（CT）：CT成像技術(shù)利用X射線對人體進(jìn)行掃描，通過計算機(jī)處理得到組織的斷層圖像。在小動物活體成像中，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獲取組織的圖像信息。它具有無創(chuàng)、實時、可重復(fù)等優(yōu)點，在小動物活體成像中也有一定應(yīng)用。

三、成像步驟與設(shè)備

小動物活體成像實驗通常包括以下幾個步驟：

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

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

活體動物成像：將小動物放入成像暗箱平臺，通過軟件控制平臺的升降和照明燈的開啟與關(guān)閉，拍攝背景圖和活體成像圖。對于熒光成像，需要選擇合適的激發(fā)和發(fā)射濾片；對于生物發(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

小動物活體成像技術(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：通過監(jiān)測疾病相關(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)展過程。

藥物研發(fā)：在藥物篩選、藥效評估、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：通過監(jiān)測基因治療后的細(xì)胞活動和基因表達(dá)情況，評估基因治療的效果和安全性。

轉(zhuǎn)基因動物研究：對轉(zhuǎn)基因動物的性狀進(jìn)行跟蹤檢測，對表型進(jìn)行直接觀測和定量分析。

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

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

可以對同一個研究個體進(jìn)行長時間反復(fù)跟蹤成像：既可以提高數(shù)據(jù)的可比性，避免個體差異對試驗結(jié)果的影響，又不需要殺死模式動物，節(jié)省了大量科研費用。

在藥物開發(fā)方面具有劃時代的意義：能夠解決傳統(tǒng)藥物研發(fā)中由于藥物安全性問題而終止的難題，使藥物在臨床前研究中通過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，在推動疾病研究、藥物開發(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，相信它將在未來醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用。