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生物医学在体成像技能作用

2012-11-08 16:02 泉源:生物医学论文 人到场在线征询

本文作者:兰海云 汪爱勤 尹文 单元:第四军医大学根底医学部 第四军医大学根底医学部 第四军医大学中央实行室

在体成像技能的开展及成像战略的不时进步,可以在活的生物体内提醒细胞和分子程度的诸多纤细变革,有助于在生物全体、真实的体内情况中高工夫辨别率地研讨生命进程。针对某终身物进程的带有光学标志的陈诉基因已被普遍使用于细胞生物学的研讨,比年来正被更多地用于在活的植物模子中探求人体内生理性能和疾病的生物学进程。应用荧光卵白、萤光素酶基因等生物资料标志细胞、病原体和基因,早已被证明是一种在体内设置“检测器”、体外直观检测的十分可行的战略[1]。

1在体生物发光成像技能的原理

经过生物技能将构建的以萤光素酶基因作为标志基因的载体(重组原核表达质粒、重组真核表达质粒或重组病毒),经转化、转染或熏染并挑选失掉重组病原菌、细胞(如免疫细胞、肿瘤细胞、胚胎干细胞等)或重组病毒(如腺病毒、慢病毒、逆转录病毒等)用于转入小植物;或是将含萤光素酶及调控序列的载体线性化后经显微注射等技能波动整合于小植物基因组制备转基因植物[2-4]。标志基因的表达可经过多种调控元件停止调控,如靶基因的启动子和加强子等;标志的办法因研讨范畴、研讨目标和实行战略的差别而各别[4],但终极都是在体内构造如血液、肝脏、脑、脾、肾等靶部位因特定生物进程的发作而随同发生有酶活性的萤光素酶。在注入底物即萤光素的条件下,萤光素酶催化底物反响发生特定波长的光信号,经过成像零碎可以直观检测到光信号的发生及变革,及时反应体内发作的生物进程,如基因的调控表达、信号传导、卵白质之间的互相作用、细胞增殖与分解等。因而,在体生物发光成像技能可普遍使用于分子生物学、细胞生物学、病毒学与免疫学、肿瘤学等研讨范畴[5-8]。

2在体生物发光成像技能的使用

2.1标志于肿瘤细胞、免疫细胞、胚胎干细胞等,转入体内落伍行成像

萤光素酶基因作为一种陈诉基因,最后使用于体外培育细胞内目标基因的表达研讨。在体生物发光成像技能的开展,使其可以使用于在体构造细胞的表达研讨[9]。萤光素酶是一类生物发光酶,1种细胞可同时被2种具有差别底物的萤光素酶标志。比方其一可由一构成性波动表达的启动子驱动,作为内参,反响细胞数目的变革;另一萤光素酶由要研讨的构造特异性启动子驱动,其发光信号的变革,在消弭细胞数目变革的影响后就可反应特定的启动子在植物体内的表达活性[10-11]。

2.1.1肿瘤及抗肿瘤研讨在体生物发光成像技能可间接及时地监测种种癌症模子中肿瘤的生长和转移,并可对癌症医治中癌细胞的变革停止及时观察和评价,可以无创伤地定量检测小鼠全体的原位瘤、转移瘤及自觉瘤。Klerk等[12]研讨证明了应用此技能丈量肿瘤负荷具有很高的牢靠性。Minn等[13]使用该技能停止了乳腺癌肺转移相干基因的研讨,他们构建可以表达荧光卵白、萤光素酶的反转录病毒载体,并波动转染已取得的差别亚群肿瘤细胞,先经过荧光激活细胞分选术挑选统一亚群内具有相反转染结果(波动表达外源卵白即荧光卵白和萤光素酶,且程度分歧)的细胞,并尾静脉注射免疫缺陷小鼠,经过检测生物发光的部位和巨细,评价差别亚群肿瘤细胞向肺部位的转移状况及其转移才能,再经过检测细胞内各基因的表达差别来剖析肺转移相干基因。Gupta等[15-16]又用类似的办法来研讨乳腺癌脑转移相干基因及乳腺癌肺转移进程中分解基因介导的肿瘤再肇始,后果再次表现了生物发光成像技能使用于肿瘤及癌转移机理研讨范畴的良好性。

2.1.2抗肿瘤免疫及肿瘤细胞疫苗的研讨用带有生物发光标志基因的小鼠淋巴细胞或基因修饰的肿瘤细胞疫苗,可以检测放射及化学药物医治的结果,并可寻觅在肿瘤骨髓转移及抗肿瘤免疫医治中庞大的细胞机制。Cayeux等[17]用萤光素酶基因标志基因修饰的肿瘤细胞疫苗来免疫小鼠,而用另一种底物差别于前者的5,6-carboxy-succinimidyl-fluorescein标志该小鼠内一种与肿瘤相干的免疫细胞,经过2种差别的标志研讨了基因修饰的肿瘤细胞疫苗免疫小鼠后抗原递呈、免疫细胞之间的互相作用及差别免疫细胞在体内免疫进程中的作用。

2.1.3药物促肿瘤细胞凋亡的研讨当萤光素酶与克制多肽以交融卵白方式在哺乳植物细胞中表达,发生的交融卵白无萤光素酶活性,细胞不克不及发光,而当细胞发作凋亡时,活化的caspase-3在特异辨认位点切去克制多肽,萤光素酶活性失掉规复,由此可用于察看活体植物体内的细胞凋亡相干事情。细胞凋亡时被激活的caspase-3/7与DEVD-氨基萤光素(aminoluciferin)特异联合而被酶解为氨基萤光素,它可被萤光素酶辨认而发生生物发光信号。Liu、Hickson等[18-19]应用这一景象设计的细胞凋亡检测办法均可以以极低的DEVD-氨基萤光素量取得较强的发光强度,因此这一办法可用于评价TNFα(α肿瘤坏去世因子)、FasL、TRAIL(TNF相干促凋亡配体)等要素针对肿瘤的医治结果。

2.1.4胚胎干细胞及再生医学的研讨胚胎干细胞在再生医学范畴极具使用远景,但是注入活机体的胚胎干细胞及其分解细胞尚存在明显的细胞殒命、畸胎瘤的构成、宿主免疫排挤反响等妨碍。使用在体生物发光成像技能,可对胚胎干细胞自身及其在注入机体后的存活、增殖、分解等生物事情的发作机理停止深化研讨,从而使上述诸多题目得以处理[20]。

2.2标志病原微生物,用于研讨熏染致病机制、转移途径及宿主免疫反响等

在熏染性疾病的研讨中,在体生物发光成像技能的使用,不只可以提供疾病历程中观察病原体在植物体内的旅居部位、数目变革及对外界要素的反响等及时变革信息,并且更有助于提醒熏染体内病原体逃逸宿主进攻的机制[21]。对病原体熏染进程非侵入性的检测可以对疾病历程及时地提供新的信息,且有能够发明新的熏染位点[22]。Lucker等[23-26]以萤光素酶基因标志HSV-1(单纯疱疹病毒)并辨别侵染Ⅰ类搅扰素受体缺失、Ⅱ类搅扰素受体缺失、Ⅰ和Ⅱ类搅扰素受体均缺失的小鼠,可察看到HSV-1对差别搅扰素受体缺失小鼠的肝脏、肺、脾、淋逢迎的侵袭,及病毒从血液零碎进着迷经零碎的进程,从而证明了差别搅扰素在HSV-1熏染中所起的差别的作用。Lucker等[27]针对痘苗病毒的相似研讨也证明,差别搅扰素在机体熏染进程中各自和协同发扬的紧张作用。

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