小鼠活體示蹤腫瘤細胞成像系統是一種結合分子探針、影像設備和數據分析方法的非侵入性生物醫學成像技術，可在活體小鼠中實時觀察和監測腫瘤細胞的動態變化，在腫瘤研究、藥物研發及疾病機制解析中具有重要應用價值。以下從技術原理、系統構成、應用場景、典型案例四個維度進行詳細說明：

一、技術原理

該系統通過熒光標記或報告基因技術對腫瘤細胞進行標記，利用高靈敏度光學檢測設備（如CCD相機）捕捉活體小鼠體內的熒光或生物發光信號，結合計算機圖像處理技術實現三維重建，直觀呈現腫瘤細胞的生長、轉移及藥物響應等動態過程。

1.熒光成像

標記方式：通過熒光染料（如GFP、RFP）或熒光報告基團標記腫瘤細胞、炎癥介質等。

成像過程：熒光顯微鏡或成像系統激發標記物，實時觀察熒光信號分布。

優勢：信號強度大，可直接觀察成像，適用于多種分子和細胞過程的標記。

2.生物發光成像

標記方式：利用熒光素酶（如Firefly Luciferase）基因標記腫瘤細胞，通過注射熒光素底物與酶反應產生光信號。

成像過程：高靈敏度CCD相機檢測生物發光，無需外部激發光源。

優勢：特異性強、靈敏度高，適合精確定量活細胞數量。

二、系統構成

1.標記模塊

熒光標記：采用GFP、RFP等熒光蛋白或熒光染料標記腫瘤細胞。

生物發光標記：通過轉基因技術將熒光素酶基因整合到腫瘤細胞染色體中，培養穩定表達細胞株。

2.成像設備

高靈敏度CCD相機：如背照式深冷相機，制冷溫度達-100°C，QE峰值達95%，具備出色的信噪比。

激光光源：提供穩定光譜，減少光衰，確保熒光成像的均勻性。

點狀光纖：可調節設計避開熒光干擾區域，支持小動物光熱實驗。

3.數據分析軟件

圖像重建：對捕捉到的光信號進行三維重建，形成腫瘤細胞動態變化的直觀圖像。

定量分析：自動計算腫瘤尺寸、光子數等參數，跟蹤實驗進展。

三、應用場景

1.腫瘤生長與轉移監測

優勢：傳統方法需處死小鼠獲取數據，而活體成像可對同一批小鼠進行長期觀測，降低實驗成本并提高數據可靠性。

案例：利用生物發光成像技術監測甲狀腺癌（ATC）模型，清晰顯示腫瘤輪廓，驗證藥物療效。

2.抗腫瘤藥物研發

藥效評價：通過生物發光信號變化判斷藥物是否有效殺死腫瘤活細胞。

靶向分布研究：熒光標記藥物或抗體，追蹤其在體內的分布及代謝情況。

案例：輝瑞公司利用生物發光成像技術驗證抗腫瘤藥物Sutent的療效，發現其能顯著降低腫瘤光學信號，證明對活細胞的殺傷作用。

3.癌癥分子機理研究

基因功能研究：標記癌癥相關基因，研究其在腫瘤發生發展中的作用。

案例：通過熒光素酶標記p53基因，研究其抑癌作用，發現p53突變是腫瘤產生的主要因素之一。

4.干細胞與免疫研究

干細胞追蹤：標記干細胞并示蹤其在體內的增殖、分化及遷移過程。

免疫細胞功能評價：觀察免疫細胞對腫瘤細胞的識別和殺傷功能。

四、典型案例

1.納米材料遞送系統研究

背景：韓國科學技術院研究發現，糖萼模擬納米顆粒（GlyNPs）可通過組織和細胞選擇性將藥物運送到目標器官。

方法：將不同組合的GlyNPs注射入小鼠體內，利用活體成像系統（IVIS）進行熒光成像，觀察其在肝臟、腎臟、脾臟等器官的生物分布。

結果：鑒定出高肝臟靶向（GlyNPB、GlyNPAB）、高腎臟靶向（GlyNPAD、GlyNPACD）和高脾臟靶向（GlyNPC、GlyNPAC）的納米顆粒組合。

2.腫瘤轉移機制研究

背景：納米顆粒（NPs）可能通過破壞血管內皮鈣粘蛋白（VE-cadherin）促進腫瘤轉移。

方法：將MDA-MB-231-Luc細胞懸液靜脈注射入小鼠血管內，給予TiO2 NPs處理后，利用IVIS光譜活體成像系統進行生物發光成像。

結果：發現TiO2 NPs可促進乳腺癌細胞的血管內滲和外滲，增加腫瘤負荷和巨噬細胞數目。