在腫瘤研究領(lǐng)域，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法往往受限于靜態(tài)觀測(cè)與個(gè)體差異，難以精準(zhǔn)捕捉腫瘤動(dòng)態(tài)變化。而小動(dòng)物活體成像儀憑借其非侵入性、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力，成為揭示腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制、評(píng)估藥物療效的關(guān)鍵工具。這項(xiàng)技術(shù)通過整合光學(xué)、CT等多模態(tài)成像模式，為腫瘤研究提供了從分子到整體的多維度解析能力。
一、技術(shù)原理：多模態(tài)融合的“分子偵探”
小動(dòng)物活體成像儀的核心在于多模態(tài)成像技術(shù)的融合。以生物發(fā)光成像為例，其通過熒光素酶-熒光素反應(yīng)產(chǎn)生光信號(hào)，僅在活細(xì)胞內(nèi)催化發(fā)光，且信號(hào)強(qiáng)度與細(xì)胞數(shù)量呈線性相關(guān)。這種技術(shù)可檢測(cè)皮下500個(gè)腫瘤細(xì)胞，靈敏度達(dá)0.5mm3，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)組織切片方法。例如，在監(jiān)測(cè)肝癌細(xì)胞HepG2-Luc+移植瘤時(shí)，生物發(fā)光信號(hào)可清晰顯示腫瘤生長(zhǎng)曲線，而傳統(tǒng)卡尺測(cè)量?jī)H能反映體積變化，無法區(qū)分活細(xì)胞與壞死組織。
熒光成像則通過近紅外探針（如Katushka蛋白）實(shí)現(xiàn)深部組織成像，其620nm以上發(fā)射波長(zhǎng)可穿透皮膚與肌肉，甚至觀測(cè)到腦膠質(zhì)瘤的轉(zhuǎn)移過程。結(jié)合CT斷層掃描技術(shù)，系統(tǒng)可構(gòu)建腫瘤三維模型，精準(zhǔn)定位微小轉(zhuǎn)移灶（<100個(gè)細(xì)胞），為早期診斷提供依據(jù)。例如，在乳腺癌研究中，熒光標(biāo)記的HER2抗體可實(shí)時(shí)追蹤腫瘤細(xì)胞在血管中的停留與外滲，揭示轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制。
二、核心優(yōu)勢(shì)：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與個(gè)體化研究
1.動(dòng)態(tài)追蹤，消除個(gè)體差異
傳統(tǒng)方法需在不同時(shí)間點(diǎn)處死動(dòng)物獲取數(shù)據(jù)，而活體成像儀可對(duì)同一批小鼠進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。在抗腫瘤藥物Sutent的研發(fā)中，生物發(fā)光成像發(fā)現(xiàn)藥物雖未縮小腫瘤體積，但顯著降低了活細(xì)胞信號(hào)，揭示了其殺傷腫瘤干細(xì)胞的作用機(jī)制。這種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)為藥物優(yōu)化提供了關(guān)鍵依據(jù)。
2.多模態(tài)協(xié)同，提升解剖精度
2024年推出的IVIS Lumina S5系統(tǒng)整合了切倫科夫輻射成像與低劑量CT掃描，可在熒光探針動(dòng)態(tài)觀測(cè)的同時(shí)，以≤13mGy輻射量完成骨骼定位。例如，在前列腺癌骨轉(zhuǎn)移模型中，該系統(tǒng)可同步顯示腫瘤細(xì)胞在骨髓中的浸潤(rùn)路徑與骨破壞程度，為靶向治療提供解剖學(xué)參考。
3.高靈敏度與低背景干擾
專利光譜分離算法可消除小鼠毛發(fā)、食物等自發(fā)熒光干擾。例如，AiBio? IFA系統(tǒng)通過全封閉暗箱設(shè)計(jì)，將檢測(cè)靈敏度提升至10?光子/秒/cm2，可清晰分辨皮下2mm的微小病灶。在黑色素瘤研究中，該系統(tǒng)成功捕獲到直徑僅0.3mm的肺轉(zhuǎn)移灶，而傳統(tǒng)X光成像需病灶達(dá)2mm以上方可檢測(cè)。
三、應(yīng)用場(chǎng)景：從基礎(chǔ)研究到臨床轉(zhuǎn)化
1.腫瘤生長(zhǎng)與轉(zhuǎn)移機(jī)制解析
在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中，生物發(fā)光成像發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞通過門靜脈系統(tǒng)優(yōu)先定植于肝右葉，且轉(zhuǎn)移效率與原發(fā)灶大小無關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知，為肝臟分區(qū)治療提供了理論依據(jù)。
2.藥物療效評(píng)估與耐藥性研究
輝瑞公司利用活體成像儀評(píng)估抗血管生成藥物貝伐珠單抗的療效，發(fā)現(xiàn)藥物雖可抑制腫瘤生長(zhǎng)，但會(huì)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞向高氧區(qū)域遷移，形成“逃逸性生長(zhǎng)”。這一發(fā)現(xiàn)促使研究者開發(fā)聯(lián)合療法，通過阻斷HIF-1α通路抑制腫瘤適應(yīng)。
3.基因治療與細(xì)胞追蹤
在CAR-T細(xì)胞治療研究中，熒光標(biāo)記的T細(xì)胞可實(shí)時(shí)顯示其在腫瘤部位的浸潤(rùn)動(dòng)態(tài)。例如，針對(duì)B細(xì)胞淋巴瘤的CAR-T治療中，成像顯示T細(xì)胞在給藥后72小時(shí)達(dá)到峰值浸潤(rùn)，但部分患者因T細(xì)胞耗竭導(dǎo)致療效下降，為優(yōu)化給藥方案提供了依據(jù)。
四、未來展望：智能化與精準(zhǔn)化
隨著AI算法的引入，活體成像儀正從“數(shù)據(jù)采集”向“智能決策”轉(zhuǎn)型。例如，布魯克7T系統(tǒng)結(jié)合深度學(xué)習(xí)模型，可自動(dòng)識(shí)別腫瘤邊緣、計(jì)算壞死比例，并預(yù)測(cè)藥物響應(yīng)等級(jí)。此外，微流控芯片與類器官模型的整合，將進(jìn)一步提升生理相關(guān)性，推動(dòng)腫瘤研究向“個(gè)體化模擬”邁進(jìn)。
小動(dòng)物活體成像儀已從實(shí)驗(yàn)室工具演變?yōu)槟[瘤研究的核心平臺(tái)。其非侵入性、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與多模態(tài)融合能力，不僅加速了新藥研發(fā)進(jìn)程，更揭示了腫瘤演化的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，為攻克癌癥這一人類健康難題提供了全新視角。
