在新药研发的漫长过程中，有一个现实且关键的挑战：如何在尽可能符合伦理和科学原则的前提下，无创、重复地获取药物在活体动物模型内的药效、分布与代谢动态数据？ 传统方法往往需要在不同时间点处死大量动物来采集组织样本，这不仅是资源的消耗，更丢失了在同一生物个体内进行连续观察的宝贵维度，使得对疾病进展和治疗响应的解读存在断层。

小动物活体成像技术的成熟与应用，为这一挑战提供了重要的解决方案。它允许研究人员在不牺牲动物的情况下，纵向、定量地监测疾病的发展和干预的效果，提升研究的效率和数据质量。

一、两种核心技术：根据研究目标选择合适工具

活体成像主要依赖两种物理原理不同的技术，它们各有明确的适用场景，共同构成了完整的观察工具箱。

生物发光成像

其原理类似于“萤火虫”。研究人员需要事先将荧光素酶基因转入目标细胞（如肿瘤细胞）。成像前注射底物荧光素，该底物在表达荧光素酶的活细胞内发生酶促反应并产生可见光。其核心特点是背景噪声极低，因为只有转入了该基因的活细胞才会发光。这使其非常适合超灵敏、长期、定量地追踪少量细胞在动物体内的存活、增殖与转移，例如肿瘤微转移灶的监测、干细胞CART的长期归巢研究等。

荧光成像

荧光成像则需要使用外部光源激发预先引入的荧光报告基团（如荧光蛋白、特定染料或量子点）。被激发的荧光基团发射出波长更长的光并被检测。其主要优势在于能够进行多色标记，从而在同一时间点对多个不同的生物过程或细胞群体进行同步空间定位与区分，例如同时观察药物载体分布与血管新生情况。

特性对比 生物发光成像 荧光成像

信号源 体内酶促化学反应 外部光激发荧光基团

主要优势 背景极低，灵敏度高，适合绝对定量 可多色标记，应用范围广，无需转染基因

典型局限 需要基因转导，通常为单色 存在组织自发荧光背景，激发光组织穿透深度有限

适用场景 长期纵向追踪（如肿瘤生长）、超灵敏检测 多目标同步观察、药物分布、蛋白表达定位

二、实现可靠数据的关键：成像系统的核心性能

要获得真实、可重复的高质量成像数据，仪器的性能也很重要。Tanon Prime系列活体成像系统，通常从以下几个方面确保数据的可靠性：

高灵敏度检测：对于微弱的生物发光信号，系统的检测能力是瓶颈。通过采用深度制冷（如-90℃）的背照式CCD相机，可以最大程度降低芯片热噪声，从而捕捉到更深、更微小的信号源，这是进行精确定量的基础。

精准的光谱分离：在进行多色荧光成像时，不同荧光基团的发射光谱可能存在重叠。先进的系统会配备多通道滤光片组和智能光谱拆分算法，有效区分并剥离不同信号，减少串色干扰，确保各通道数据的特异性。

一体化的实验条件控制：活体成像实验周期可能长达数周。系统集成恒温维持、自动气体麻醉和标准化的成像舱，有助于维持动物在每次成像时的生理状态一致，减少由应激或体温波动引起的实验变量，保障纵向数据的可比性。

近红外成像拓展：为改善传统荧光在深层组织成像中的效果，系统可支持近红外二区荧光成像。该波段的光在生物组织中散射和吸收更少，能提供更深部组织更高分辨率和信噪比的图像。 

三、在具体研发领域中的应用价值

这些技术能力最终转化为解决实际研发问题的工具：

肿瘤学与免疫评估：在CAR-T或溶瘤病毒等研究中，利用生物发光成像，可以每周甚至更频繁地测量同一只小鼠体内肿瘤负荷的变化，绘制出精确的药效生长曲线。同时，也能追踪荧光标记的免疫细胞是否成功浸润肿瘤。

药物代谢动力学研究：通过荧光标记药物分子或纳米递送载体，研究人员可以直观地看到药物在动物体内的实时分布、在靶器官的富集情况以及随时间推移的清除路径，为剂型优化和给药方案设计提供直接依据。

基因功能研究：利用报告基因（如荧光素酶）的表达强度，可以无创地评估基因递送载体的转导效率、基因的表达时长和组织特异性，加速载体系统的迭代优化。

  您在肿瘤、神经或代谢性疾病等方向的药物研发中，是否遇到过难以动态监测的生物学过程？对于活体成像技术的实际应用，您有哪些具体的疑问或经验？欢迎在评论区分享与交流。

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