在腫瘤基礎機制探索與臨床前藥物研發中，小動物模型（如小鼠、大鼠）是連接細胞實驗與人體臨床研究的關鍵橋梁。傳統腫瘤研究依賴病理切片、組織勻漿等侵入性手段，需處死動物才能獲取數據，無法實現對同一模型的長期動態追蹤，且難以反映腫瘤在活體微環境中的真實生長、轉移及藥物響應過程。小動物活體成像技術的出現，以 “無創、實時、多維度” 為核心優勢，打破了這一局限，可在活體狀態下監測腫瘤的形態、活性、代謝及微環境變化，成為推動腫瘤研究向精準化、動態化發展的核心技術支撐。

主流小動物活體成像技術及腫瘤研究應用

當前腫瘤研究中，小動物活體成像技術已形成多技術協同的體系，不同技術基于原理差異，適用于不同研究場景，共同覆蓋腫瘤研究的全流程需求。

生物發光成像：高靈敏度的腫瘤活性追蹤工具

生物發光成像依托 “酶促發光” 原理，通過向小動物體內導入表達熒光素酶（如螢火蟲熒光素酶、海腎熒光素酶）的腫瘤細胞或病毒載體，當注射熒光素底物后，底物在熒光素酶催化下發生氧化反應，釋放波長 400-700nm 的可見光。該技術無需外源激發光，幾乎無組織自體熒光干擾，靈敏度極高，可檢測到體內少至 10 個腫瘤細胞的微小病灶。

在腫瘤研究中，其核心應用集中于腫瘤轉移追蹤與微小病灶監測。例如，構建穩定表達熒光素酶的肺癌細胞肺轉移模型后，通過生物發光成像可每周無創監測小鼠肺部轉移灶的形成過程 —— 早期（接種后 1-2 周）即可捕捉到肺部微弱的發光信號，動態記錄轉移灶從單個細胞定植到形成肉眼可見結節的全過程，且發光強度與腫瘤細胞數量呈線性相關，可量化評估轉移效率。此外，在腫瘤干細胞研究中，該技術還能追蹤熒光素酶標記的腫瘤干細胞在體內的定植、增殖能力，為解析腫瘤復發機制提供直接證據。

熒光成像：分子特異性的腫瘤靶向觀測手段

熒光成像通過外源激發光（如紫外光、可見光、近紅外光）照射小動物體內的熒光探針（如熒光染料、量子點、熒光蛋白），探針吸收能量后發射特定波長的熒光，通過檢測熒光信號實現腫瘤定位。相比生物發光，熒光成像無需基因改造，可通過選擇靶向腫瘤標志物（如 EGFR、CD44）的熒光探針，實現對天然腫瘤模型的特異性成像。

近紅外光（700-900nm）熒光成像是當前腫瘤研究的主流選擇，因該波段光在組織中散射與吸收較弱，穿透深度可達數毫米，能清晰觀測皮下及淺層器官（如乳腺、肝臟）的腫瘤。例如，在乳腺癌原位模型研究中，將靶向 HER2 的近紅外熒光探針注射到小鼠體內，探針與腫瘤細胞表面的 HER2 特異性結合，通過熒光成像可清晰區分腫瘤組織與正常乳腺組織，實時監測腫瘤體積變化；同時，通過分析熒光信號強度，可量化腫瘤細胞表面 HER2 的表達水平，為靶向藥物（如曲妥珠單抗）的療效評估提供分子層面的依據。

光聲成像：兼顧結構與功能的腫瘤微環境分析技術

光聲成像融合光學分子特異性與超聲穿透性，其原理是脈沖激光照射組織時，腫瘤區域的吸收體（如血紅蛋白、靶向探針）吸收能量后升溫膨脹，產生超聲壓力波，通過檢測超聲信號并重建三維影像。該技術既具備光學技術的分子特異性，又擁有超聲技術的深層穿透能力（可達厘米級），且無電離輻射，可同時獲取腫瘤的解剖結構與功能信息。

在腫瘤血管生成與微環境研究中，光聲成像表現突出。例如，在結直腸癌肝轉移模型中，通過檢測腫瘤區域血紅蛋白的光聲信號，可清晰顯示腫瘤血管的分支形態、密度分布，區分功能性血管與畸形血管；同時，通過分析氧合血紅蛋白與去氧血紅蛋白的信號比值，可量化腫瘤組織的氧飽和度，評估腫瘤缺氧程度 —— 這一功能對研究腫瘤耐藥機制至關重要，因缺氧環境會導致腫瘤細胞對放化療敏感性下降，光聲成像可實時監測缺氧區域的變化，為優化治療方案提供參考。

微型計算機斷層掃描（Micro-CT）與微型磁共振成像（Micro-MRI）：高分辨率的腫瘤結構成像技術

Micro-CT 基于 X 射線衰減差異成像，空間分辨率可達微米級（5-10μm），能清晰顯示腫瘤的解剖結構、邊界及與周圍器官的毗鄰關系；Micro-MRI 則依托磁共振信號差異，軟組織對比度優異，可區分腫瘤實質、壞死區與水腫區，且無電離輻射，適合長期動態監測。

兩者在腫瘤模型驗證與藥物療效評估中不可或缺。例如，在胰腺癌原位模型中，Micro-CT 可精準測量腫瘤體積，評估腫瘤對周圍胰腺導管、血管的侵犯情況；而 Micro-MRI 能更清晰地顯示腫瘤內部的壞死區域，通過對比治療前后壞死區的變化，判斷藥物是否有效誘導腫瘤細胞凋亡。此外，在骨轉移模型研究中，Micro-CT 可靈敏檢測腫瘤導致的骨小梁破壞、骨密度降低，為抗骨轉移藥物的療效評估提供直觀的結構證據。

技術挑戰與未來發展方向

盡管小動物活體成像技術已廣泛應用于腫瘤研究，仍面臨三大核心挑戰：一是穿透深度與分辨率的平衡 —— 熒光成像雖分子特異性強，但近紅外光穿透深度有限，難以觀測深層器官（如腦、腹腔）的腫瘤；二是運動偽影干擾 —— 小動物呼吸、心跳等生理運動易導致影像模糊，影響腫瘤體積測量、血管形態分析的準確性；三是探針的特異性與安全性 —— 部分熒光探針存在非特異性結合、體內代謝緩慢等問題，可能干擾實驗結果，且部分放射性探針（如用于 PET 成像的探針）存在輻射風險，限制長期使用。

未來，技術發展將圍繞 “突破局限、強化協同” 展開：在成像性能方面，近紅外 II 區（1000-1700nm）熒光成像將成為主流，該波段光穿透深度是傳統近紅外光的 2-3 倍，可實現深層腫瘤的高分辨率成像；在運動校正方面，AI 驅動的實時圖像配準算法將廣泛應用，通過捕捉呼吸相位信號，自動抵消運動偽影，提升數據準確性；在多技術協同方面，“光聲 - MRI”“生物發光 - Micro-CT” 等多模態成像系統將成為趨勢，既能獲取腫瘤的分子功能信息（如活性、缺氧），又能獲取高分辨率結構信息，實現 “功能 - 結構” 一體化分析；在探針研發方面，智能響應型探針（如對腫瘤酸性微環境、特定酶敏感的探針）將進一步發展，提升腫瘤靶向特異性，同時降低對正常組織的毒性。

小動物活體成像技術通過 “無創動態監測”，徹底改變了腫瘤研究的范式，從 “靜態切片分析” 轉向 “動態活體追蹤”，為解析腫瘤生長轉移機制、篩選靶向藥物、優化治療方案提供了不可替代的工具。隨著技術的不斷突破，該技術將進一步縮小小動物模型與人體臨床研究的差距，加速腫瘤研究成果向臨床應用的轉化。