PE小动物活体成像在肿瘤研究的应用.pdf

小动物活体光学成像技术在肿瘤研究中的应用 PerkinElmer 小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及 药物研发等领域得到广泛应用。在众多应用领域中，肿瘤研究是目前应用最为普遍的领 域之一。常用于肿瘤活体成像的光学标记方法包括：1、利用萤火虫荧光素酶（Firefly Luciferase ）或荧光蛋白作为报告基因，通过转基因技术体外标记肿瘤细胞而直接观测肿 瘤的发展变化，或标记特定基因而研究肿瘤相关基因在肿瘤发展中的作用；2 、通过外 源注射功能性荧光探针，观测肿瘤发展过程中的分子事件，进而反映肿瘤的发展变化。 宏观来说，应用小动物活体光学成像技术进行肿瘤研究主要集中于三个方面：1、长时 间监测肿瘤生长及转移；2 、抗肿瘤药物研发；3、癌症分子机理研究。下面结合一些具 体实例进行阐述： 一.长时间监测肿瘤生长及转移 随着肿瘤研究的深入，应用传统方法（如卡尺测量肿瘤体积、肿瘤组织切片等）进 行肿瘤研究已存在诸多限制。如进行组织切片观测前需要处死小鼠取出肿瘤组织，因此， 在不同时间点或不同实验组都需要处死一批实验小鼠以获取足够的统计学数据，这样不 但大大增加了实验成本，而且很难消除由于小鼠个体差异而产生的误差，无法获取可靠 的重复性数据，同时，在制作切片时也无法保证实验的准确性，而利用活体光学成像技 术可以对同一批小鼠进行不同时间点的长时间观测，进而大幅降低实验成本，并获取重 复可靠的实验数据； 传统方法=6 只小鼠/ 时间点，4 个观测点共24 只小鼠 活体光学成像方法=对同一组6 只小鼠进行4 个不同时间点连续观测，共6 只小鼠 又如通过利用卡尺测量肿瘤体积的方法，只能等肿瘤发展至可以测量的程度才能开 展实验，因此，无法进行肿瘤早期观测及微小转移灶的观测，而利用灵敏的生物发光成 像技术在肿瘤发生早期即可进行有效观测，从而对肿瘤的整个发展过程进行全程监测， 有力弥补了传统方法的缺陷。下面几个例子展示了应用生物发光成像技术长时间监测肿 瘤的生长及转移。 上图：利用萤火虫荧光素酶标记4T1 乳腺癌细胞建立皮下肿瘤模型，通过IVIS 成像系统长期监测肿瘤的生 长情况，在肿瘤细胞皮下注射的当天即可灵敏的观测到由5 个被标记肿瘤细胞发出的光信号。定量分析显 示，利用传统卡尺测量的方式（蓝色曲线）到30 天左右才能明显看出肿瘤生长的差异，而利用生物发光成 像技术 （绿色曲线）在细胞皮下注射7 天即可观测到肿瘤的生长，并对随后的发展变化进行长期观测。 上图：A.利用萤火虫荧光素酶标记MDA-MB-231 乳腺癌细胞建立原位乳腺癌模型，通过IVIS 成像系统长 期监测肿瘤的生长情况，在注射后27 天观测到其他部位的转移信号。B.体外组织成像进一步验证转移的发 生。 上图：应用IVIS 成像系统进行肿瘤信号的3D 光学成像（橙色），同时应用Quantum FX uCT 成像系统进 行3D 解剖学成像（骨架），并将3D 光学功能性结果与3D 解剖学结果进行影像融合，而确定肿瘤的骨转 移。 二.抗肿瘤药物研发 PerkinElmer 的小动物活体光学成像技术已广泛应用于肿瘤治疗药物的临床前研发 阶段，发挥越来越重要的作用。全球各大制药企业均已采用活体光学成像技术开展抗肿 瘤新药的研发，其中已有6 种药物获得FDA 认证，另有8 种药物处于临床测试阶段。 应用小动物活体光学成像技术进行新药研发，主要包括以下方面：1、在活体动物 水平进行药效评价；2 、观测药物在活体动物体内的靶向、分布及代谢。 1、药效评价 利用荧光素酶标记肿瘤细胞，并移植入动物体内建立肿瘤疾病动物模型，应用小动 物活体光学成像技术观测给药后肿瘤光学信号的变化情况，进而评价不同药物、特定的 给药途径、时间、剂量等给药策略对于肿瘤的治疗效果，如下图： 药效评价研究：利用萤火虫荧光素酶标记MDA-MB-435 乳腺癌细胞株，将细胞注入小鼠肾包膜下构建肾包 膜肿瘤模型，进而对3 种不同药物或不同剂量的治疗效果进行评价。 （A,C ）应用IVIS 成像系统长期观测 3 种药物对肾包膜乳腺癌移植瘤的治疗效果，并进行定量分析，结果显示30 mg/kg Docetaxel （TXT ）对肿 瘤的生长抑制效果最好；（B,D ）应用IVIS 成像系统长期观测3 种药物对肾包膜乳腺癌移植瘤肺部转移的 抑制效果，并进行定量分析，结果显示30 mg/kg Docetaxel （TXT ）对肿瘤转移的抑制效果最好。