PE小动物活体成像在免疫学的应用.pdf

小动物活体光学成像技术在免疫学研究中的应用 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，免疫研究是活体光学成像技术的应 用热点之一。在应用活体光学成像技术进行免疫学研究中，常用的标记方法及应用领域 包括：1、利用功能性探针监测免疫疾病的发生发展及相关治疗；2 、利用荧光素酶基因 或荧光染料标记免疫细胞，监测免疫细胞的免疫应答作用；3、利用荧光素酶作为报告 基因标记疾病相关基因构建转基因动物，进行免疫疾病机理研究。下面结合一些具体实 例进行阐述： 一.监测免疫疾病的发生发展及治疗效果 伴随免疫疾病研究的深入，目前已开发出一系列针对免疫疾病监测的功能性探针， 这些探针的设计大多是基于在免疫疾病中表达的特征性分子或酶，通过对特征性分子或 酶的监测而反映疾病的发生发展。利用这些探针并结合活体光学成像技术，研究者可以 方便快捷地在活体动物水平监测免疫疾病的发生发展及治疗效果。 如在各种炎性疾病的发生发展中，通常会伴随大量活性氧自由基（ROS ）及氧化胁 迫的产生。研究者根据上述特征，设计出能够特异性探测 ROS 或氧化胁迫相关酶的功 能性探针用于炎性疾病的检测。Lee 等应用其自行研发的表面结合透明质酸的金纳米颗 粒 （HA-AuNPs ）成功检测了小鼠关节炎的发生。该纳米颗粒表面结合了荧光染料标记 的透明质酸，当未被激活时，由于荧光染料及纳米颗粒本身的相互作用而处于荧光湮灭 状态，而表面结合的透明质酸一旦被 ROS 或透明质酸酶剪切，便会被外界光源激发而 发光。应用该探针并结合活体光学成像技术，便可在活体动物水平灵敏监测到炎性疾病 的发生。 上图：应用HA-AuNPs 及IVIS 系统观测小鼠四肢关节炎的发生。尾静脉注射探针，不同时间点观测。 PerkinElmer 依靠强大的生物学研发团队，成功开发出多种应用于炎性疾病监测的 功能性探针，如用于探测炎性细胞中髓过氧化物酶（MPO ）的化学发光 （Chemiluminescent ）探针“XenoLight® RediJect™ Inflammation Probe ”、用于探测环 氧酶2 （COX-2 ）的近红外荧光探针“XenoLight® RediJect™ COX-2 Probe ”、用于探测 炎性细胞中组织蛋白酶（Cathepsin ）的近红外探针“ProSense 680/750 ”、用于探测炎性 细胞中基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinase ）的近红外探针“MMPSense 680/750 ”、 用于探测嗜中性粒细胞胰肽酶（Neutrophil Elastase ）的近红外探针“Neutrophil Elastase 680 FAST ”。这些探针已被广泛应用于各种炎性疾病的研究中。 上图：应用IVIS 成像系统及功能性探针监测小鼠关节炎的发生。A 、利用XenoLight® RediJect™ COX-2 探 针观测关节炎发生过程中COX-2 的表达；B 、利用XenoLight® RediJect™ Inflammation Probe 观测关节炎发 生过程中MPO 的表达。 上图：应用FMT 成像系统及功能性探针监测肺炎的发生及治疗效果。A 、利用ProSense 750 探针观测哮喘 中组织蛋白酶的表达及地塞米松（dexamethasone ）对哮喘的治疗效果；B 、利用Neutrophil Elastase 680 FAST 探针观测急性肺炎 （COPD ）的发生及rolipram 的治疗效果。 二.监测免疫细胞的免疫应答 免疫应答是机体免疫系统对抗原刺激所产生的以排除抗原为目的的生理过程。这个 过程是免疫系统各部分生理功能的综合体现，包括了抗原递呈、淋巴细胞活化、免疫分 子形成及免疫效应发生等一系列的生理反应。通过有效的免疫应答，机体得以维护内环 境的稳定。免疫细胞在机体的免疫应答中发挥着重要作用，了解免疫细胞的作用机理是 免疫学研究的重要环节。活体光学成像技术已广泛应用于免疫细胞的相关研究，通过该 技术可以在活体动物水平监测免疫细胞在相关疾病中的迁移、分布及功能。目前用于标 记免疫细胞的主要方法包括：1、通过带有荧光素酶基因或荧光蛋白基因的病毒载体稳 定转染人源或鼠源免疫细胞，使免疫细胞具有发光性质；2 、直接从转基因发光小鼠中 提取免疫细胞，所获得的免疫细胞即有发光性质；3、通过特定的荧光染料直接标记免 疫细胞使其具有发光性质。研究者可根据具体研究，选择合适的标记方法对