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小鼠生物發(fā)光活體成像
（一）技術(shù)原理 1.標(biāo)記原理 哺乳動(dòng)物生物發(fā)光，一般是將Firefly luciferase基因（由554個(gè)氨基酸構(gòu)成，約50KD）即熒光素酶基因整合到預(yù)期觀察的細(xì)胞染色體DNA上以表達(dá)熒光素酶，培養(yǎng)出能穩(wěn)定表達(dá)熒光素酶的細(xì)胞株，當(dāng)細(xì)胞分裂、轉(zhuǎn)移、分化時(shí), 熒光素酶也會(huì)得到持續(xù)穩(wěn)定的表達(dá)?；?、細(xì)胞和活體動(dòng)物都可被熒光素酶基因標(biāo)記。將標(biāo)記好的細(xì)胞接種到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)后，當(dāng)外源（腹腔或靜脈注射）給予其底物熒光素(luciferin)，即可在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。這種酶在ATP，氧存在的條件下，催化熒光素的氧化反應(yīng)才可以發(fā)光，因此只有在活細(xì)胞內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，并且發(fā)光光強(qiáng)度與標(biāo)記細(xì)胞的數(shù)目線性相關(guān)。 除Firefly Luciferase外，有時(shí)也會(huì)用到Renilla Luciferase。二者的底物不一樣，前者的底物是熒光素（D-luciferin），后者的底物是coelentarizine。二者的發(fā)光波長(zhǎng)不一樣，前者所發(fā)的光波長(zhǎng)在540~600nm，后者所發(fā)的光波長(zhǎng)在460~540nm左右。前者所發(fā)的光更容易透過(guò)組織，后者在體內(nèi)的代謝比前者快，而且特異性沒(méi)有前者好，所以大部分活體實(shí)驗(yàn)使用Firefly Luciferase作為報(bào)告基因，如果需要雙標(biāo)記，也可采用后者作為備選方案。 熒光素酶的發(fā)光是生物發(fā)光，不需要激發(fā)光，但需要底物熒光素。熒光素在氧氣、ATP存在的條件下和熒光素酶發(fā)生反應(yīng)，生成氧化熒光素(oxyluciferin)，并產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。 2.底物熒光素的特點(diǎn) 熒光素由于諸多優(yōu)點(diǎn)得到廣大科研人員的青睞，主要特點(diǎn)如下： (1)熒光素不會(huì)影響動(dòng)物的正常生理功能。 (2)熒光素是280道爾頓的小分子，水溶性和脂溶性都非常好，很容易穿透細(xì)胞膜和血腦屏障。 (3)熒光素在體內(nèi)擴(kuò)散速度快，可通過(guò)腹腔注射或尾部靜脈注射進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)。腹腔注射擴(kuò)散較慢，持續(xù)發(fā)光長(zhǎng)。熒光素腹腔注射老鼠后約1min后表達(dá)熒光素酶的細(xì)胞開(kāi)始發(fā)光，10min后強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定的最高點(diǎn)，在最高點(diǎn)持續(xù)約20~30 min后開(kāi)始衰減，約3h后熒光素排除，發(fā)光全部消失，最佳檢測(cè)時(shí)間是在注射后15~35min之間；若進(jìn)行熒光素靜脈注射，擴(kuò)散快，但發(fā)光持續(xù)時(shí)間很短?？蒲腥藛T根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出熒光素的合適的用量是150mg/kg，即體重20克的小鼠需要3毫克的熒光素。 (4)觀察時(shí)間的間隔沒(méi)有最短限制，只要觀察的條件控制一致就可以。雖然底物在動(dòng)物體內(nèi)有一定的代謝過(guò)程，但是上一次底物的殘留曲線可以知道，可以控制對(duì)下一次觀察結(jié)果的影響。 3.光學(xué)原理 光在哺乳動(dòng)物組織內(nèi)傳播時(shí)會(huì)被散射和吸收，光子遇到細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)時(shí)會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象，而且不同類型的細(xì)胞和組織吸收光子的特性并不一樣。血紅蛋白（hemoglobin）是造成體內(nèi)可見(jiàn)光被吸收的主要因素，其吸收可見(jiàn)光中藍(lán)綠光波段的大部分。但是在可見(jiàn)光大于600納米的紅光波段，血紅蛋白的吸收作用卻很小。因此，在偏紅光區(qū)域, 大量的光可以穿過(guò)組織和皮膚而被檢測(cè)到。利用活體動(dòng)物生物發(fā)光成像技術(shù)最少可以檢測(cè)到皮下的幾百個(gè)細(xì)胞。當(dāng)然，由于發(fā)光源在老鼠體內(nèi)深度的不同可看到的最少細(xì)胞數(shù)是不同的。一般認(rèn)為，每一厘米深度，發(fā)光強(qiáng)度衰減10倍，血液豐富的組織或器官（比如心臟、肝臟、肺臟）衰減多，與骨骼相鄰的組織或器官衰減少。在相同的深度情況下，檢測(cè)到的發(fā)光強(qiáng)度和細(xì)胞的數(shù)量具有非常好的線性關(guān)系，可由儀器量化檢測(cè)到的光強(qiáng)度，反映出細(xì)胞的數(shù)量。
（二）小鼠生物發(fā)光活體成像技術(shù)特點(diǎn)
（四）實(shí)驗(yàn)操作流程 1.腫瘤細(xì)胞標(biāo)記 首先用螢光素酶標(biāo)記所要研究的腫瘤細(xì)胞，我們利用帶luciferase基因，puromycin或blasticidin抗性的慢病毒載體，先包裝成慢病毒，然后感染腫瘤細(xì)胞，最后抗性篩選出穩(wěn)轉(zhuǎn)luciferase的腫瘤細(xì)胞。接下來(lái)可以繼續(xù)按照客戶需求對(duì)該穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞株進(jìn)行其它基因改造操作。 2.體外預(yù)實(shí)驗(yàn)檢測(cè) 需要檢測(cè)的腫瘤細(xì)胞標(biāo)記后，在活體成像前，可以通過(guò)檢測(cè)熒光素酶的表達(dá)強(qiáng)度，繪制標(biāo)記細(xì)胞的發(fā)光梯度曲線等。體外預(yù)實(shí)驗(yàn)是作為小動(dòng)物活體成像解決方案中不可缺少的一部分。比如，利用體外預(yù)實(shí)驗(yàn)初步檢測(cè)轉(zhuǎn)染熒光素酶的腫瘤細(xì)胞發(fā)光值。 3.穩(wěn)轉(zhuǎn)luciferase細(xì)胞接種小鼠 接種方式按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟煌袔追N，原位接種，皮下接種，腹腔接種以及靜脈接種，可分別觀察原位瘤，皮下瘤以及轉(zhuǎn)移瘤等。如果是人源的腫瘤細(xì)胞，必須用裸鼠作為受體，如果是鼠源細(xì)胞系則無(wú)所謂，但是前提是所用細(xì)胞必須能成瘤。 4.活體成像 細(xì)胞接種一段時(shí)間后，可以進(jìn)行活體成像檢測(cè)。首先麻醉實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，可采用異氟烷（isoflurane）或克他命/甲苯噻嗪（ketamine/xylazine）混合液麻醉實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。 接著注射底物熒光素，最佳的檢測(cè)時(shí)間是在注射后10到35分鐘之間。但需要注意的是，對(duì)于不同的動(dòng)物模型，發(fā)光動(dòng)力學(xué)過(guò)程并不完全一致，最好先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)確定何時(shí)發(fā)光信號(hào)最強(qiáng)。
（五）北京畢特博生物技術(shù)有限責(zé)任公司穩(wěn)轉(zhuǎn)luciferase細(xì)胞株列表
北京畢特博生物技術(shù)有限責(zé)任公司 http://effectnews.cn 400熱線：400-833-9299 電話：010-82015225 傳真：010-62015131 聯(lián)系人：陳娉樺 QQ:358411186 E-mail:chenph1989@163.com
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