在腫瘤研究的征程中，科學家們始終在尋找能夠精準觀測腫瘤動態(tài)變化的技術手段。小動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時觀察活體動物體內(nèi)腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移、藥物療效等關鍵過程，為腫瘤研究帶來了革命性的突破。

核心技術原理：捕捉微弱光信號

小動物活體成像儀主要基于生物發(fā)光和熒光成像技術。生物發(fā)光成像技術是將熒光素酶基因標記到腫瘤細胞中，當向動物體內(nèi)注射熒光素酶的底物后，在腫瘤細胞內(nèi)會發(fā)生酶促反應并產(chǎn)生光子，這些光子被成像儀的深制冷背照式科學級CCD相機捕獲。例如，Tanon Prime 5000小動物活體成像系統(tǒng)搭載的-100℃深度制冷背照式CCD相機，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。

熒光成像技術則是利用熒光報告基團（如綠色熒光蛋白GFP、紅色熒光蛋白RFP等）或熒光染料標記腫瘤細胞、藥物或特定分子。在外部激發(fā)光的照射下，熒光基團被激發(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，分離出目標熒光信號，實現(xiàn)多探針同步檢測。像IVIS Spectrum小動物活體光學三維成像系統(tǒng)，其高性能濾光片組覆蓋410nm - 790nm波段，結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。

腫瘤研究中的關鍵應用

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間點處死動物來獲取腫瘤組織樣本，不僅成本高，而且難以獲取同一動物個體內(nèi)腫瘤的連續(xù)變化數(shù)據(jù)。小動物活體成像儀則可實現(xiàn)對同一批動物進行不同時間點的長時間觀測，大幅降低實驗成本，并獲取重復可靠的實驗數(shù)據(jù)。例如，在膀胱癌研究中，利用活體成像技術構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，小動物活體成像儀發(fā)揮著至關重要的作用。它可以在活體動物水平進行藥效評價，觀測藥物在活體動物體內(nèi)的靶向、分布及代謝情況。以福建師范大學燕雙仟教授團隊的研究為例，他們利用RWD MOIS HT小動物活體成像系統(tǒng)對膽固醇代謝調(diào)控型納米脂質(zhì)體ictLipo的藥代動力學與生物分布進行了全程追蹤。成像結果顯示，和游離藥物相比，ictLipo的血藥半衰期從2.1小時延長至8.7小時，腫瘤部位的熒光信號強度是游離藥物組的4.5倍，且在腫瘤內(nèi)部滯留時間超72小時，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.癌癥分子機理研究

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

未來展望

隨著技術的不斷發(fā)展，小動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)等技術深度結合，為腫瘤研究提供更全面、精準的數(shù)據(jù)支持，助力科學家們攻克腫瘤難題，為人類健康帶來新的希望。