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Revvity小動物活體光學成像技術已在生命科學基礎研究、臨床前醫學研究及藥物 研發等領域得到廣泛應用。在眾多應用領域中，基因和細胞治療是活體光學成像技術的熱 點之一。在活體光學成像實驗中，常用于基因和細胞治療的光學標記方法包括：1.利用螢 火蟲熒光素酶（Firefly Luciferase）或者熒光蛋白作為報告基因，通過轉基因技術標記細胞 ，病毒，細菌或者基因，進而觀測基因和細胞治療效果。2.通過外源注射功能性熒光探針 ，觀測基因和細胞治療效果。

一．實時監測非侵入性基因送遞和治療

1. 不同載體的基因傳遞

光學成像技術可以用來監測基因傳遞過程。進行轉基因的載體包括病毒載體比如腺 病毒 （Adenovirus，Ad），皰疹性口腔炎病毒 （Vesicular Stomatitis Virus, VSV）和單純 皰疹病毒（Herpes Simplex Virus, HSV）。其他的載體包括化學轉染試劑比如脂質轉染 （Lipofection）和高分子聚合物（Polymer reagents）。下圖所示，研究人員使用熒光蟲熒 光素酶標記的 pMVC-luc 質粒進行多種基因傳遞方式進行轉染，如超聲（US Ultrasound），電穿孔（EP-Electroporation），脂質轉染（Lipo-Lipofectamine 2000），腺 病毒（Ad-Adenovirus 5）和腺相關病毒（AAV-Adeno-associated virus 2）轉導。利用 Revvity的 IVIS 成像系統可顯示出腺病毒和腺相關病毒轉導后所顯示生物發光，說明 這兩種方法的高。

研究人員使用電穿孔的方法在小鼠的不同部位如肝臟和肌肉部位進行螢火蟲熒光素 酶標記的pMVC-luc 質粒轉染，利用 Revvity的 IVIS成像系統觀測轉染后的生物發光強度 ，發現質粒在肌肉中的轉染效率更高（下圖）。

2. 傳遞DNA治療疾病

基因傳遞細胞因子基因比如IFN質粒能夠調節天生免疫系統和適應性免疫系統。研 究人員在回結腸動脈注射螢火蟲熒光素標記結腸癌細胞株（luc-Conlon26 cell）使腫瘤轉移 到肝臟，然后靜脈注射IFN-λ質粒。Revvity的IVIS系統成像結果顯示注射IFN-λ質粒的小 鼠結腸癌生物發光強度明顯下降，而且結腸癌小鼠的存活率明顯提高。這說明 IFN-λ質粒 傳遞能夠顯著的阻止結腸腫瘤細胞的生長，從而幫助治療人類惡性腫瘤（下圖）。

3. 使用RNA 治療疾病

細胞衰老在癌癥的發展中起到了重要作用， microRNAs 可以調節細胞衰老。研究 人員在螢火蟲熒光素酶標記 MDA-MB-231-luc 乳腺癌細胞建立的腫瘤模型中，注射 microRNA （衰老相關 miR22）。Revvity的 IVIS成像系統結果顯示 miR-22在小鼠體內能 夠通過誘導細胞衰老從而抑制腫瘤的生長和轉移（下圖）。

神經細胞瘤是從交感神經系統的前體細胞引發的癌癥。在 In vitro 研究中，micro RNA（miR-184）能夠抑制神經細胞瘤細胞在細胞培養液中的生長。因此，研究 miR-184 在活體中的作用是非常有意義的。研究人員在小鼠腹膜后注射 miR-184 高表達的螢火蟲熒 光素標記人神經細胞瘤細胞（SKN-ASluc or NB1691luc），Revvity的 IVIS 成像系統結果顯 示 miR-184 能夠抑制神經細胞瘤細胞的發光強度，而且提高腫瘤小鼠的存活率（下圖） 。研究結果說明 miR-184 能夠抑制神經細胞瘤細胞在原位異種移植瘤模型內的增殖，應 用miR-184是治療神經膠質瘤的潛在療法。

shRNA（short hairpin RNA）能夠用來干擾 RNA 使基因沉默。研究人員使用 shRNA 敲除阿片受體基因的肺癌小鼠，注射 Revvity公司的 Prosensen680 探針探測腫瘤的 組織蛋白酶活性從而了解 shRNA對于肺癌小鼠的治療效果。使用 Revvity公司的FMT 小動 物活體熒光斷層成像系統觀測Prosense680熒光強度，結果顯示使用 shRNA敲除阿片受體 基因能夠明顯的抑制組織蛋白酶活性和肺癌腫瘤細胞的生成（下圖）。

二．細胞治療

人類胚胎干細胞能夠運用于細胞移植治療，然而在細胞移植后會發生免疫排斥反 應，因此研究低抗原性的胚胎干細胞并且提高移植后細胞活性是干細胞移植應用的熱點。 研究人員移植螢火蟲熒光素酶標記人白細胞抗原敲除的胚胎干細胞到具有免疫活性的急性 心肌梗塞小鼠模型，免疫排斥反應減輕而且胚胎干細胞的存活率提高 （下圖）。結果說明 敲除白細胞抗原的胚胎干細胞能夠激發 T細胞忽視和減輕異種免疫排斥，低抗原性的胚胎 干細胞能夠提高移植后細胞的活性。

人體胚胎素在間充質干細胞和造血干細胞的細胞治療中有非常重要的作用，包括提 高造血干細胞的移植成活率，炎癥調節，骨修復和癌癥。人胚胎源貼壁細胞是從人產后胚 胎分離出的間充質樣干細胞。研究人員骨內移植 H929 骨髓瘤細胞到嚴重聯合免疫缺陷 （SCID）小鼠，靜脈注射螢火蟲熒光素酶和增強型綠色熒光蛋白（EGFP）標記人胚胎源 貼壁細胞，Revvity的 IVIS 系統顯示人胚胎源貼壁細胞能夠位移到骨髓瘤骨內從而促進細 胞生長（下圖）。

肝癌是五大癌癥，治療肝癌的方法是肝臟移植或者手術切除。腫瘤晚 期病人手術切除治療后有高復發率，因此使用化學療法是治療晚期腫瘤患者的第二選擇。 然而總體來說治療效果并不理想，主要原因是腫瘤細胞的高化療抗性和化療治療劑本身的 毒性，因此研究肝癌的化療抗性對提高治療的效率和患者康復有重要作用。研究發現腫瘤 干細胞對化學治療有強的抵抗力，因此腫瘤干細胞對腫瘤在常規治療后的復發起關鍵作 用。研究者使用異種移植化療抗性肝癌小鼠，順鉑（cisplatin）化學治療后, CD24（一種粘 蛋白樣細胞表面糖蛋白）表達上調。因此為了研究 CD24 在腫瘤干細胞高化療抗性的作 用，靜脈注射 CD24+人肝癌細胞到免疫缺陷/非肥胖糖尿病（NOD/SCID）小鼠， Revvity的 IVIS 系統成像顯示腫瘤在小鼠體內形成，而且能夠自我維持，分化和轉移， 然而敲除 CD24 的人肝癌細胞抑制腫瘤干細胞形態形成（下圖）。結果說明 CD24信號通 路是肝癌患者的治療靶位。

使用細菌能夠用于實時監測傳染性疾病和基因治療研究的效果。皮下注射螢火蟲 熒光素酶標記結腸癌細胞株（HCT 116）形成腫瘤小鼠模型，然后尾靜脈注射細菌熒光素 酶標記的 B.breve UCC2003。Revvity的 IVIS 系統三維成像顯示細菌熒光素酶標記B. breve 和生物發光標記 HCT116共定位（下圖）。結果說明使用非病原性細菌可以作為載 體用于癌癥靶位治療。

人表皮生長因子受體 2（HER2）的高表達，點突變和基因刪除是和多種癌癥（乳 腺癌，卵巢癌，胰臟癌，胃癌和直腸癌）緊密相聯系的。單核細胞增多性李斯特菌（Lm， Listeria monocytogenes）是一種兼性胞內寄生菌，而且可以用于疫苗載體。給予 Balb /c 小 鼠新型單核細胞增多性李斯特菌-人表皮生長因子受體2嵌合疫苗免疫注射，然后靜脈注射 螢火蟲熒光素標記小鼠乳腺癌細胞（4T1-luc）。Revvity的 IVIS 系統成像顯示嵌合疫苗免 疫乳腺癌腫瘤小鼠的生物發光強度明顯弱于單核細胞增多性李斯特菌免疫的對照組（下 圖）。結果說明細菌受體嵌合疫苗能夠明顯推遲肺癌腫瘤負載，轉移和提高小鼠存活率。

利用胰島細胞移植治療一型糖尿病的障礙是患者慢性免疫抑制的問題。然而服用免 疫抑制藥物不僅能夠增加傳染性疾病和惡性腫瘤發病率而且產生 β 細胞再生的紊亂。研究 如何包膜細胞進行移植，降低和消除移植中的免疫抑制是現在研究的熱點。研究者使用 TheraCyte 大包囊技術包裹螢火蟲熒光素酶標記β細胞進行移植，Revvity的IVIS系統成像 顯示 TheraCyte 大包囊包膜的 β 細胞在異種移植的小鼠中生物發光強度提高，結果說明 TheraCyte 大包囊能夠提高異種移植的 β 細胞成活率（下圖）。利用 TheraCyte 大包囊技 術可以進行細胞治療糖尿病。

多形性成膠質細胞瘤是有侵越性的原發性腦瘤。目前來說，手術切除結合放射 和化學療法是治療多形性成膠質細胞瘤的最好方法。然而對于中老年患者，放射和化學治 療只能減緩而不能阻止腫瘤細胞生長。CD133+腫瘤干細胞的化學和放射療法耐藥性能夠解 釋傳統療法低效率的原因。正位異種移植螢火蟲熒光素酶標記的人多形性成膠質細胞瘤細 胞到免疫缺陷小鼠（SCID）前額葉，建立多形性成膠質細胞瘤小鼠模型。腫瘤內注射 HER2 靶向的嵌合性T細胞，Revvity的 IVIS系統成像顯示經過特異性 HER2+ T細胞治療 小鼠的生物發光明顯下降（下圖）。結果說明特異性HER2+ T細胞能夠抑制多形性成膠質 細胞瘤的生長，從而進行有效治療多形性成膠質細胞瘤患者。