临床前成像应用
探索多领域临床前生物学研究
从肿瘤学、神经科学，到病毒学、干细胞研究与生物分布研究，了解 Biospace Lab 成像技术如何助力科研人员对活体及离体生物过程进行可视化、定量分析与动态追踪。
肿瘤学
癌症研究是关乎人类健康的重要课题，Biospace Lab 为此领域的研究工作提供助力。
同步检测原发肿瘤与转移灶
依托高动态范围，区分原发肿瘤与转移灶
追踪肿瘤进展
纵向持续观测病变发展过程。
评估治疗响应
定量分析生物响应随时间的变化。
解剖结构与功能成像结合
在解剖结构背景下定位光学信号。
Bar, I. 等人。沉默酪蛋白激酶 1δ 可抑制三阴性乳腺癌细胞的迁移与转移。Oncotarget（2018）
非靶向组（对照组）
三阴性乳腺癌异种移植模型中，原发肿瘤随时间持续生长
沉默 CSNK1D 基因
敲低 CSNK1D 基因可减缓肿瘤发展
敲低 CSNK1D 能够抑制转移灶形成；而 shNT 对照组三阴性乳腺癌异种移植模型出现肺部转移
相机具备宽动态范围，既可监测原发肿瘤，也能够检出肺部转移灶。
Bar, I. 等人。沉默酪蛋白激酶 1δ 可抑制三阴性乳腺癌细胞的迁移与转移。Oncotarget（2018）
1st line: Non-targeted (control)
三阴性乳腺癌异种移植模型中，原发肿瘤随时间持续生长
2nd line Silencing of CSNK1D
敲低 CSNK1D 基因可减缓肿瘤发展
敲低 CSNK1D 能够抑制转移灶形成；而 shNT 对照组三阴性乳腺癌异种移植模型出现肺部转移
The highly dynamic range of the camera allows to follow-up the primary tumor as well as to detect lung metastases.
Jarry, U. 等人。肺癌原位模型：奥希替尼治疗后肿瘤耐药逃逸，骨微转移灶的分离鉴定。BMC Cancer（2021）
肺癌原位模型：
– 肺部原发肿瘤定植
– 奥希替尼治疗后肿瘤发生转移播散
借助生物发光技术可清晰检出骨微转移灶，能够分离出肉眼观察无法发现的肿瘤细胞。
Germanova, D. 等人。髓系肿瘤坏死因子与血红素氧合酶 - 1 调控肝脏缺血再灌注期间结直肠癌肝转移灶的进展。International Journal of Cancer（2021）
Bogeas, A. 等人。染色质状态变化研究发现：ARNT2 是促胶质母细胞瘤细胞侵袭性的致瘤转录因子特征网络中的关键节点。Acta Neuropathologica（2018）
shCTL（对照组） 左侧：接种胶质母细胞瘤干细胞样细胞的原位异种移植小鼠，几乎都会形成肿瘤
沉默 ARNT2 基因 右侧：敲低 ARNT2 基因可显著降低胶质母细胞瘤干细胞样细胞移植小鼠的成瘤率
生物发光纵向监测分析，可确定成瘤率以及肿瘤发生时间。
Bogeas, A. 等人。染色质状态变化研究发现：ARNT2 是促胶质母细胞瘤细胞侵袭性的致瘤转录因子特征网络中的关键节点。Acta Neuropathologica（2018）
shCTL（对照组）
Mice with orthotopic xenograft of glioblastoma stem-like cells (left) almost inevitabely develop a tumor
shARNT2: Silencing of ARNT2
ARNT2 knock-down (right) strikingly reduce tumor incidence in mice grafted with glioblastoma stem-like cells
生物发光纵向监测分析，可确定成瘤率以及肿瘤发生时间。
Arfaoui, A. 等人。全基因组 RNAi 干扰筛选发现乳腺癌干细胞的关键治疗靶点。EMBO Molecular Medicine（2019）
未处理组（对照组）
未处理小鼠的乳腺癌原发异种移植瘤可形成肝、肺转移灶
盐霉素处理组
单独使用盐霉素无法显著抑制转移进展
JQ1 处理组
单独使用 JQ1 无法显著抑制转移进展
盐霉素 / JQ1 联合处理组
盐霉素 / JQ1 联用可显著抑制转移灶形成。
采用两种人源乳腺癌原发异种移植模型（CRCM434、CRCM404）对转移抑制效果进行定量检测；模型取自未经化疗的三阴性乳腺癌患者肿瘤组织。
药物联合实验与离体成像结果表明，盐霉素 / JQ1 联用具有协同效应，能够抑制乳腺癌转移进展。
Arfaoui, A. 等人。全基因组 RNAi 干扰筛选发现乳腺癌干细胞的关键治疗靶点。EMBO Molecular Medicine（2019）
CTRL: Untreated (control)
未处理小鼠的乳腺癌原发异种移植瘤可形成肝、肺转移灶
SAL: Salinomycin treated
单独使用盐霉素无法显著抑制转移进展
JQ1: JQ1 treated
单独使用 JQ1 无法显著抑制转移进展
SAL+JQ1: Salinomycin/ JQ1 treated
The salinomycin/JQ1 combination is efficent for significant reduction of metastasis formation
采用两种人源乳腺癌原发异种移植模型（CRCM434、CRCM404）对转移抑制效果进行定量检测；模型取自未经化疗的三阴性乳腺癌患者肿瘤组织。
药物联合实验与离体成像结果表明，盐霉素 / JQ1 联用具有协同效应，能够抑制乳腺癌转移进展。
NEUROSCIENCE
中枢神经系统结构复杂且精妙，对其进行成像研究难度较高。Biospace Lab 助力神经生物学家攻克这一难题。
活体脑部成像
可透过完整颅骨，采集不同脑区的光学信号。
监测神经元活动
可视化快速Ca²⁺相关信号，实时监测神经元活动。
清醒动物研究
降低麻醉带来的实验偏差，研究自由活动动物的行为反应。
追踪疾病进展
在同一动物体内，长期追踪神经系统疾病的发展过程。
Guglielmetti, C. Prael, J. 等人。铜宗小鼠模型中室下区神经干 / 祖细胞的多模态成像研究，揭示嗅球通路神经发生潜能提升，但该细胞不参与胼胝体的髓鞘再生。NeuroImage（2014）
未处理组（对照组）
原位标记的室下区（SVZ）神经祖细胞（NPCs）向嗅球（OB）迁移
多发性硬化模型
经铜宗处理小鼠中，可观察到神经祖细胞从室下区向嗅球迁移能力显著增强
纵向活体追踪，可在不同脑区监测神经祖细胞（NPCs）。
在铜宗诱导的小鼠多发性硬化模型中，研究发现神经祖细胞增殖增强，且细胞从室下区向嗅球的迁移行为发生明显改变。
Guglielmetti, C. Prael, J. 等人。铜宗小鼠模型中室下区神经干 / 祖细胞的多模态成像研究，揭示嗅球通路神经发生潜能提升，但该细胞不参与胼胝体的髓鞘再生。NeuroImage（2014）
未处理组 (control)
原位标记的室下区（SVZ）神经祖细胞（NPCs）向嗅球（OB）迁移
Cuprizone: 多发性硬化模型
经铜宗处理小鼠中，可观察到神经祖细胞从室下区向嗅球迁移能力显著增强
. . tracking
allows monitoring neural
progenitor cells (NPCs)
within distinct brain regions.
Increased proliferation and significant alteration of NPC migration from the SVZ to the OB has been highlighted in a murine model of multiple sclerosis, induced by cuprizone treatement.
Gakuba, C. 等人。全身麻醉会抑制 “类淋巴系统” 的活性。Theranostics（2018）
清醒组
向小脑延髓池（橙色标记）注射吲哚菁绿荧光示踪剂，示踪剂可在脑内扩散，并能在前脑（红色标记）清晰检出
麻醉组（异氟烷）
在麻醉小鼠体内，经小脑延髓池注射的吲哚菁绿停留在注射位点附近
小脑延髓池注射仅 30 min后，清醒小鼠前脑内的吲哚菁绿含量就显著高于麻醉小鼠。
对自由活动小鼠开展纵向活体近红外成像研究发现：脑脊液循环主要在清醒状态下活跃，全身麻醉时循环会明显受阻。
Gakuba, C. 等人。全身麻醉会抑制 “类淋巴系统” 的活性。Theranostics（2018）
清醒组
向小脑延髓池（橙色标记）注射吲哚菁绿荧光示踪剂，示踪剂可在脑内扩散，并能在前脑（红色标记）清晰检出
麻醉组（异氟烷）
在麻醉小鼠体内，经小脑延髓池注射的吲哚菁绿停留在注射位点附近
小脑延髓池注射仅 30 min后，清醒小鼠前脑内的吲哚菁绿含量就显著高于麻醉小鼠。
. . near infrared imaging of freely moving mice revealed that cerebrospinal fluid flow circulation is mainly active during wakefulness and significantly impaired during general anesthesia.
Rogers, K. L. 等人。小鼠钙信号的无创活体成像研究。PLOS ONE（2007）
给清醒小鼠注射红藻氨酸诱发癫痫，可产生高度同步的双侧 Ca²⁺瞬变信号。
This increased Ca²⁺ activity is measured using GFP-aequorin as a bioluminescent Ca²⁺-reporter. 以 GFP - 水母发光蛋白作为生物发光钙报告探针，检测该增强的 Ca²⁺信号活动。
实时生物发光信号采集，可捕捉快速 Ca²⁺瞬变信号。
给药约 15 min后，Ca²⁺信号活性显著升高。 该现象表现为振荡信号，Ca²⁺尖峰信号仅持续数秒。
干细胞生物学
干细胞在胚胎发育、组织稳态与更新过程中发挥关键作用。Biospace Lab 提供多元化解决方案，助力研究人员探究并挖掘干细胞的独特潜能。
时空追踪干细胞
纵向观测干细胞的定位、迁移与存续状态。
监测细胞命运与分化
追踪促成细胞分化的迁移与成熟过程。
评估细胞存活情况
监测增殖、存活、凋亡等核心细胞活动。
Tennstaedt, A. 等人。人脑内移植神经干细胞数周后可自发发生早期神经元分化。Biomaterials（2015）
早期神经元报告基因
神经干细胞移植后的第一个月内，新生神经元信号逐步增强
组成型表达报告基因（对照组）
信号随时间保持稳定。
成熟神经元报告基因
移植 3 个月起，可检测到持续进行的神经元成熟与突触形成过程
Tennstaedt, A. 等人。人脑内移植神经干细胞数周后可自发发生早期神经元分化。Biomaterials（2015）
1st line: Early neuronal reporter
神经干细胞移植后的第一个月内，新生神经元信号逐步增强
2nd line: Constitutively expressed reporter (control)
信号随时间保持稳定。
3rd line: Mature neuronal reporter
移植 3 个月起，可检测到持续进行的神经元成熟与突触形成过程
病毒学
设备可在 BSL-2 与 BSL-3 级实验室环境中安装及使用维护。
追踪病原体扩散
可动态观测感染在体内的扩散过程，实现极低水平信号的可视化。
捕捉早期感染事件
从感染最初数秒起，即可捕捉快速生物学事件。
评估治疗响应
动态评估药效与机体生物学应答。
Pavlidis, I. 等人。宫颈上皮损伤诱发小鼠微小脲原体上行感染、宫内炎症并引发早产。
对照组
No signal is detectable in untreated (PBS) or in N-9 treated mice when not subjected to infection (USM) 未处理组（PBS）与 N-9 处理但未感染小鼠（USM）均无检测信号
未处理组
感染表达荧光素酶微小脲原体菌株（UP）的未处理小鼠，可观测到较低细菌载量 Ureaplasma parvum strain (UP)
N-9 诱导宫颈损伤组 damage
阴道给予 N-9 会促进微小脲原体发生宫内感染
Bioluminescent bacteria emanate
high-intensity signals with the expected
shape and location of the uterus, showing bulges representing gestating foetus
活体成像可直观观察妊娠期微小脲原体上行感染过程，证实宫颈上皮作为屏障，在抵御上行感染、预防早产方面起到关键作用。
Pavlidis, I. 等人。宫颈上皮损伤诱发小鼠微小脲原体上行感染、宫内炎症并引发早产。
对照组
No signal is detectable in untreated (PBS) or in N-9 treated mice when not subjected to infection (USM) 未处理组（PBS）与 N-9 处理但未感染小鼠（USM）均无检测信号
未处理组
感染表达荧光素酶微小脲原体菌株（UP）的未处理小鼠，可观测到较低细菌载量 Ureaplasma parvum strain (UP)
N-9 诱导宫颈损伤组 damage
阴道给予 N-9 会促进微小脲原体发生宫内感染
Bioluminescent bacteria emanate
high-intensity signals with the expected shape and location of the uterus, showing bulges representing gestating foetuses
In vivo imaging allows to visualize the ascending Ureaplasma parvum infection in pregnancy, demonstrating the crucial role of the cervical epithelium as a barrier against ascending infection and preterm birth.
Raaben, M. 等人。小鼠肝炎冠状病毒感染的无创成像研究，揭示病毒在体内复制与扩散的影响因素。Cellular Microbiology（2009）
对不同遗传背景小鼠经鼻接种表达荧光素酶的小鼠肝炎病毒（MHV）
BALB/c 小鼠品系
BALB/c 小鼠发光信号相对更高
C57BL/6 小鼠品系
与其他遗传背景品系相比，C57BL/6 小鼠呈现中等感染表型
129SvEv 小鼠品系
129SvEv 小鼠对 MHV 感染的易感性显著更低
活体动物病毒感染的无创全身成像，可实时监测感染在空间与时间维度的发展过程。
可同步监测多只动物体内的病毒复制情况，本研究以此揭示不同近交系小鼠对 MHV 感染存在易感性差异。
Weinmann, J. 等人。通过对带条形码衣壳变体的大规模体内筛选，鉴定出一种嗜肌型 AAV。Nature Communications（2020）
药理学 / 生物分布
观测微小感兴趣区域
凭借优异的空间分辨率，对脑部及其他器官内微小区域进行可视化成像。
绘制药物与蛋白分布图谱
实现蛋白、药物及其他化合物在组织内解剖学分布的可视化。
定量检测放射性标记化合物
在组织切片中测定放射性标记物质，用于结合实验与原位杂交（ISH）研究。
评估剂量依赖性效应
在药理研究中定量分析剂量效应，包含放射性标记配体置换实验。
支撑 PET 与 SPECT 相关研究
借助高分辨率离体放射自显影技术，补充并验证临床前 PET、SPECT 实验结果。
对比多种放射性标记探针
对组织切片内多种放射性标记探针同步成像与定量分析，用于研究代谢、灌注以及组织液分布。
Zinnhardt, B. 等人。利用 [¹⁸F] DPA-714 PET 与 MRI，在铜腙诱导多发性硬化模型中对脱髓鞘与髓鞘再生过程的免疫细胞动态进行分子成像。Theranostics（2019）
Comparison of in vivo PET data with ex vivo autoradiography. (A) Ex vivo autoradiography confirms the in vivo spatial distribution of [18F]DPA-714 (n = 1-2).
Kryza, D. 等人。靶向人基质金属蛋白酶 9 的适配体在黑色素瘤中的离体与活体成像及生物分布研究。PLoS ONE（2016）
分别采用 ¹¹¹In-DOTA-F3B 适配体（左图）与 ¹¹¹In-DOTA 对照序列（右图）对代表性肿瘤组织切片进行放射性标记，对比成像结果。
Alitalo, O.，Rantamäki, T. 与 Huhtala, T.。数字化放射自显影用于实验动物无需麻醉的高效功能成像：使用氯氮平逆转苯环己哌啶诱导的功能改变。Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry（2020）
““随着直接粒子计数系统技术发展，新一代数字放射自显影（ARG）设备在线性度、动态范围与灵敏度方面均优于传统胶片及磷屏型放射自显影系统，将采集时长从数月缩短至仅数小时。”
““对照组定性成像示例：采用 Betalmager TRacer 系统，以氚标记 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖作为示踪剂。全场放大模式（250 × 200 mm）下采集时长 6 h。”
Alitalo, O.，Rantamäki, T. 与 Huhtala, T.。数字化放射自显影用于实验动物无需麻醉的高效功能成像：使用氯氮平逆转苯环己哌啶诱导的功能改变。Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry（2020）
““随着直接粒子计数系统技术发展，新一代数字放射自显影（ARG）设备在线性度、动态范围与灵敏度方面均优于传统胶片及磷屏型放射自显影系统，将采集时长从数月缩短至仅数小时。”
““对照组定性成像示例：采用 Betalmager TRacer 系统，以氚标记 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖作为示踪剂。全场放大模式（250 × 200 mm）下采集时长 6 h。”
其他应用
几乎所有具备足够能量的 β 发射型放射性同位素均可在体内产生切伦科夫光，其中包含目前尚无成熟活体成像方案的核素，例如32P、90Y和90Sr。
采用 PhotonIMAGER 系统成像：2.5 微居里钇 - 90 示踪剂富集于小鼠胰腺
PhotonIMAGER 四视角模块采集切伦科夫发光图像。
注射 50 微居里磷 - 32 示踪剂 4 h后，从 4 个不同角度拍摄小鼠图像。借助 530 nm长通滤光片，可观测到皮下肿瘤部位的切伦科夫发光信号。