小動物活體三維多模態(tài)熒光成像系統(tǒng)在活體動物癌癥研究中具有廣泛應(yīng)用，其核心價值在于非侵入性、動態(tài)定量追蹤腫瘤生長、轉(zhuǎn)移及藥物療效，同時結(jié)合多模態(tài)成像技術(shù)實現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)與功能信號的精準匹配。以下是具體應(yīng)用場景與分析：
一、腫瘤生長與轉(zhuǎn)移的實時監(jiān)測
1.原位瘤與轉(zhuǎn)移瘤的定量分析
通過生物發(fā)光標記腫瘤細胞（如熒光素酶標記的結(jié)腸癌細胞株），系統(tǒng)可無創(chuàng)傷地定量檢測小鼠整體的原位瘤、轉(zhuǎn)移瘤及自發(fā)瘤。例如，將標記的腫瘤細胞注射到裸鼠腦內(nèi)，利用IVIS Spectrum等系統(tǒng)可在固定時間點觀察和統(tǒng)計腦內(nèi)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移情況。
技術(shù)優(yōu)勢：生物發(fā)光成像背景噪聲低，靈敏度極高（可檢測皮下少于50個細胞），能精準定位發(fā)光位點，動態(tài)反映腫瘤體積變化。
微小腫瘤與轉(zhuǎn)移灶的早期發(fā)現(xiàn)
結(jié)合CT掃描數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可實現(xiàn)腫瘤信號的三維重構(gòu)，量化腫瘤大小并定位到具體器官。例如，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團隊利用銳視IMAGING 1000系統(tǒng)，通過心臟血管注射熒光素酶標記的腫瘤細胞建立小鼠腫瘤轉(zhuǎn)移模型，成功檢測到左右肝各有一個微小腫瘤，并經(jīng)病理切片驗證。
技術(shù)優(yōu)勢：多模態(tài)融合（光學(xué)+CT）將解剖信息與功能信號結(jié)合，突破傳統(tǒng)光學(xué)成像的深度限制，實現(xiàn)早期微小腫瘤的精準診斷。
二、抗癌藥物療效的動態(tài)評估
1.藥物處理后的實時響應(yīng)監(jiān)測
系統(tǒng)可量化分析藥物處理后腫瘤信號強度的變化，評估候選藥物的靶向性與代謝特征。例如，通過觀察ApoG2蛋白體外抑制胃癌細胞生長的效果，發(fā)現(xiàn)隨蛋白量增加，胃癌細胞熒光素酶活性逐漸降低，從而動態(tài)反映藥物療效。
技術(shù)優(yōu)勢：同一組動物可連續(xù)觀察，消除個體差異，節(jié)省實驗動物數(shù)量，同時獲得直觀的圖像結(jié)果。
2.藥物毒性及安全性的非侵入性評價
結(jié)合熒光成像，系統(tǒng)可觀察藥物在靶器官的分布及蓄積情況，評估藥物對正常組織的毒性。例如，利用標記好的細菌在動物體內(nèi)對抗生素藥物的反應(yīng)，進行藥物篩選和臨床前動物實驗研究。
技術(shù)優(yōu)勢：避免傳統(tǒng)病理切片對動物的損傷，實現(xiàn)長期動態(tài)監(jiān)測。
三、腫瘤微環(huán)境與轉(zhuǎn)移機制的研究
1.腫瘤相關(guān)細胞的相互作用觀察
系統(tǒng)可標記免疫細胞（如CAR-T細胞）、腫瘤相關(guān)成纖維細胞（CAFs）等，觀察其在腫瘤微環(huán)境中的動態(tài)分布及相互作用。例如，利用熒光蛋白標記干細胞，監(jiān)測其在體內(nèi)的存活、分化及遷移路徑。
技術(shù)優(yōu)勢：多光譜掃描和光譜分離技術(shù)可去除組織自發(fā)熒光干擾，實現(xiàn)多探針成像，滿足復(fù)雜微環(huán)境研究需求。
2.腫瘤轉(zhuǎn)移途徑的追蹤
通過生物發(fā)光或熒光標記，系統(tǒng)可追蹤癌細胞在血管中的停留、外滲和轉(zhuǎn)移灶形成過程，甚至檢測到少于100個細胞的腫瘤微小轉(zhuǎn)移病灶。例如，利用近紅外熒光探針標記，可簡單、快速、無放射性地活體觀察膠質(zhì)母細胞瘤的轉(zhuǎn)移情況。
技術(shù)優(yōu)勢：三維重構(gòu)功能可提供信號點的X、Y、Z軸坐標信息，精準定位轉(zhuǎn)移灶。
四、多模態(tài)成像技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用
1.光學(xué)與CT/MRI的融合成像
系統(tǒng)可集成X射線CT、生物發(fā)光成像、分子熒光成像等多種模態(tài)，實現(xiàn)“1+1>2”的效果。例如，IVIS Spectrum系統(tǒng)通過Micro-CT成像獲得小鼠骨骼等解剖信息，結(jié)合三維光學(xué)成像獲得腫瘤信息，實現(xiàn)腫瘤與骨骼的精準匹配。
技術(shù)優(yōu)勢：解決光學(xué)成像深度不足的問題，提高腫瘤定位的準確性。
2.切倫科夫輻射成像在放射性藥物研發(fā)中的應(yīng)用
基于放射性同位素衰變產(chǎn)生的切倫科夫光，系統(tǒng)可特異性成像放射性藥物分布，評估藥物在體內(nèi)的代謝速率與排泄途徑。
技術(shù)優(yōu)勢：為放射性藥物研發(fā)提供非侵入性、動態(tài)的評估手段。
