0.0 mm
0.1 mm
0.2 mm
0.4 mm
1.4
1.6
1.8
2.1
Bone/Soft Tissue
Binning 1 x 1, Acq. Time 100 s
0.8 mm 2.5
二、活体成像实验设计
活体成像实验设计
实验设计理论方面：
成像模式的选择：结构成像与功能成像组合 不同研究水平的相互组合：活体、离体、分子水平
结构成像
X光、白光成像
对象 优点 缺点
细胞
噪音低 构建繁琐 成本昂贵
细胞、分子 应用广泛 噪音大
分子 影响小 资质许可
动物或器官 结构清晰 无功能信息
功能成像（荧光）与结构成像（X光）的组合运用
X光成像
Kodak X-Sight 761
overlay
数码X光成像的精确定位
-结构成像与功能成像相结合
化学能→光能
生物发光的应用
1. 细胞或细菌标记：肿瘤细胞、干细胞等记； 最新技术：生物发光与荧光蛋白双标
2. 基因表达：以融合蛋白的方式标记内源性蛋白，研究 基因表达情况；
3. 蛋白相互作用：将荧光素酶基因分为两个片段，分别 与要研究的两个蛋白融合表达，两种蛋白相互靠近后 产生发光。
3、X-Ray 成像
活体成像技术实验设计与应用 介绍
内容简介
一、活体成像技术简介
活体成像定义
定义: 活体状态下在细胞和分子水平上 应用影像学方法对生物过程进行空间和 时间上的定性、定量分析研究的一门科 学。
Dr. Ralph Weissleder
细菌感染模型建立
金黄色葡萄球菌
荧光标记探针靶向细菌
DPA-Cy7
X-Ray
近红外成像-荧光成像的最佳选择
不同波长激光笔对大拇指的透光实验
2、生物发光
定义： 生物发光是荧光素酶（Luciferase）以荧光素 （Luciferin）、三磷酸腺苷（ATP）和O2为底物，在Mg 2＋存在 时发生酶促反应中产生光子的过程。 荧光素+ ATP+ O2→核黄素磷酸盐+醛化合物 核黄素磷酸盐+醛化合物→激发的络合物 激发的络合物→氧化核黄素磷酸盐+酸+水+光子
荧光成像在细菌研究中的应用
Pre-
Post-
6 h 12 h 18 h
21 h
i. M.; Marquez, M.; Piwnica-Worms, D.; Smith, B. D. Bioconjugate Chem.2008,19,686–692.
‘标’悍的荧光
荧光成像的关键因素—穿透率
小鼠不同部位的穿透率
650-850nm是活体成像的核心波段
波长对背景噪音的影响
420 ex / 790 em 440 ex / 790 em 460 ex /790 em 480 ex / 790 em 520ex / 790 em 540 ex / 790 em 570 ex / 790 em 590 ex / 790 em 600 ex /790 em 610 ex / 790 em 620 ex / 790 em 630 ex / 790 em 650 ex / 790 em 670 ex / 790 em 690 ex / 790 em 700 ex / 790 em 710 ex / 790 em 720 ex / 790 em 730 ex / 790 em White Light
1、荧光成像
激发光
发射光
基态
激发态
光能
光能
发射态
荧光成像应用
标记生物大分子：蛋白、抗体、多肽、核酸； 标记小分子化合物：小分子化合物； 标记细胞：肿瘤细胞、干细胞等； 标记纳米化药剂：脂质体、胶束等； 标记其他纳米材料：金属氧化物等; 标记细菌：各种感染模型; 标记脏器：ICG;
Nature Medicine
多模式活体成像应用举例
---荧光与同位素成像的组合运用
In111-DTPA-CCPM
Zhi Yang, Chun Li, Biomacromolecules 2007，8（11）
多模式活体成像应用举例
---发光、荧光与同位素成像的共定位
生物发光（ fire），近红外成像（ rainbow ），同位素成像（111In-LS308） Mol Imaging, 2009. 8(2): p. 101-10
数码X光成像的精确定位
-结构成像与功能成像相结合
正面成像
侧面成像
Courtesy Dr. B. Bednar , Merck Co. Inc.
多模式活体成像
多模式活体成像：成像过程中至少同时采用一种结构成 像和一种功能成像的组合成像方式。
例如： X光 ＋ 荧光成像 + 生物发光 + 同位素成像
结构成像 CT ＋
功能成像 PET+SPECT
结构成像 多模式成 功能成像 像
多模式活体成像应用举例
---生物发光、荧光与X光的组合运用
生物发光、荧光成像和X光成像组合运用的成功范例，已成 为肿瘤等研究的经典方法
Backer MV, et al., 2007. Vol13(4), April 2007. p504-9.
实验设计实践方面：
染料的选择：类型、波长… 标记方法的选择：共价键、非共价键、脂质体… 荧光单一波长与多光谱分析选择: 近红外… 荧光素酶基因标记的细胞株
不同研究水平的相互组合
活体水平
离体脏器水平
细胞分子水平
5000
4570
4500
4165
4000
3692
3500
3267 2842
3000
2408
2500
1937
2000
1600
1500 1000 500
123 142 235 264 301 336 361 393 499 621 777 9901166
0
常用活体成像模式
功能成像
生物发光 荧光成像
同位素
活体成像的优点
终极方法 无损伤性 直观形象
活体成像技术的应用方向
药物材料研究
新药评价 纳米药物 核酸疫苗 骨科材料 生物材料
生命科学研究
肿瘤
微生物
干细胞 心脑血管 疾病模型
近20年全球分子影像相关论文年发表趋势
（1991-2011.11）
论文篇数
11999921 11111999999999976543 2222222211000000009900000000997654321098 2222000011001098