泌尿系統(tǒng)腫瘤，如膀胱癌、腎癌和前列腺癌，是泌尿外科中較為常見的疾病，其發(fā)病率和死亡率呈明顯增長趨勢。癌癥患者的死因主要是腫瘤細(xì)胞浸潤或轉(zhuǎn)移至重要器官引起相應(yīng)的并發(fā)癥。因此，深入研究泌尿系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展機制，對于臨床診斷、治療、療效判斷及抗腫瘤藥物研發(fā)具有重要意義。小動物活體成像技術(shù)作為一種新興的生物醫(yī)學(xué)研究工具，為泌尿系統(tǒng)研究提供了新的方法和思路。

小動物活體成像技術(shù)概述

（一）技術(shù)原理

小動物活體成像技術(shù)主要基于生物發(fā)光現(xiàn)象和熒光現(xiàn)象。生物發(fā)光是通過將熒光素酶基因整合到細(xì)胞染色體DNA上來實現(xiàn)的。當(dāng)細(xì)胞被注射熒光素后，在ATP和氧氣的存在下，熒光素酶會催化熒光素的氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。這種發(fā)光現(xiàn)象只在活細(xì)胞內(nèi)發(fā)生，且光的強度與標(biāo)記細(xì)胞的數(shù)目呈線性關(guān)系。熒光技術(shù)則采用熒光報告基因（如綠色熒光蛋白、紅色熒光蛋白）或熒光染料進(jìn)行標(biāo)記，利用報告基因產(chǎn)生熒光蛋白或染料產(chǎn)生的熒光，在生物體內(nèi)形成光源，需要外部能量激發(fā)。

（二）技術(shù)分類

目前，小動物活體成像技術(shù)主要包括X光成像、超聲成像、核素成像、同位素成像及可見光成像等。其中可見光成像又包括生物發(fā)光成像與熒光成像。傳統(tǒng)活體成像技術(shù)主要是形態(tài)學(xué)成像，如計算機斷層掃描成像、磁共振成像和超聲成像等，具有較高的空間分辨率，但敏感性較差，只有疾病引起相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)變化時才能檢測到，而此時疾病多數(shù)已發(fā)展到中晚期。而生物發(fā)光成像、熒光成像等功能成像技術(shù)可在分子和細(xì)胞水平檢測疾病，即在疾病尚未導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時就能檢測到。

小動物活體成像系統(tǒng)在泌尿系統(tǒng)腫瘤研究中的應(yīng)用

（一）腫瘤生長動態(tài)觀察

通過構(gòu)建泌尿系腫瘤動物模型，可采用活體成像技術(shù)定量、無創(chuàng)地監(jiān)測小動物整體的原位瘤、轉(zhuǎn)移瘤及自發(fā)瘤的大小及轉(zhuǎn)移情況。例如，在膀胱癌研究中，研究人員用紅色熒光蛋白作為報告基因，標(biāo)記小鼠膀胱癌細(xì)胞，成功構(gòu)建可視化的紅色熒光小鼠膀胱癌皮下移植瘤模型，通過活體成像系統(tǒng)實現(xiàn)了對膀胱腫瘤生物學(xué)過程的在體、非侵入、實時動態(tài)的研究。但這種裸小鼠皮下接種屬于異位移植，實驗中移植瘤常表現(xiàn)出與人膀胱癌不同的生物學(xué)行為。為了克服這一缺點，研究人員以綠色熒光蛋白作為標(biāo)記基因，標(biāo)記人膀胱移行細(xì)胞癌細(xì)胞株，再將能夠穩(wěn)定表達(dá)綠色熒光蛋白的細(xì)胞移植于裸小鼠膀胱壁內(nèi)，建立了人膀胱移行細(xì)胞癌可視化的小鼠原位移植瘤模型，可在活體熒光整體成像系統(tǒng)下直接觀察腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

（二）抗腫瘤藥物療效評價

活體成像技術(shù)在抗腫瘤藥物的研發(fā)及療效評估方面具有重要的理論和臨床意義。例如，研究人員將含紅色熒光蛋白基因的質(zhì)粒載體轉(zhuǎn)染至小鼠膀胱移行細(xì)胞癌細(xì)胞，篩選并擴大培養(yǎng)后，將其皮下種植于小鼠后肢大腿內(nèi)側(cè)，建立了腫瘤發(fā)射紅色熒光的小鼠膀胱癌移植瘤模型，分別自右后肢腫瘤細(xì)胞種植后第6、13、20天，于小鼠右后肢肌肉注射疫苗，應(yīng)用活體成像技術(shù)攝取移植瘤的熒光影像學(xué)特征，從而動態(tài)、客觀、可視化地評估疫苗對小鼠膀胱癌移植瘤的抑瘤效應(yīng)，為腫瘤疫苗的發(fā)展應(yīng)用提供了直觀、可靠的理論依據(jù)。

（三）轉(zhuǎn)移模型建立

小動物活體成像技術(shù)可用于建立泌尿系統(tǒng)腫瘤的轉(zhuǎn)移模型，研究腫瘤的轉(zhuǎn)移機制。例如，利用近紅外量子點成像系統(tǒng)在指導(dǎo)腫瘤定位和外科手術(shù)切除方面具有重要意義。研究人員在人膀胱癌的狗和豬動物模型中利用近紅外量子點對浸潤性膀胱腫瘤的前哨淋巴結(jié)進(jìn)行術(shù)中實時顯像，為研究腫瘤的轉(zhuǎn)移提供了重要的技術(shù)手段。

小動物活體成像系統(tǒng)在泌尿系統(tǒng)其他疾病研究中的潛在應(yīng)用

（一）炎癥與免疫反應(yīng)監(jiān)測

通過標(biāo)記特定細(xì)胞或分子來追蹤體內(nèi)炎癥發(fā)生位置及其程度變化。例如，在泌尿系統(tǒng)感染性疾病研究中，可以利用該技術(shù)監(jiān)測病原體在體內(nèi)的擴散路徑及宿主免疫應(yīng)答，為疾病的診斷和治療提供依據(jù)。

（二）基因表達(dá)分析

利用報告基因（如熒光素酶）標(biāo)記目標(biāo)基因，進(jìn)而研究其在不同條件下的表達(dá)模式。在泌尿系統(tǒng)腫瘤研究中，可以通過該技術(shù)了解腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)情況，為腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制研究提供線索。

（三）藥物動力學(xué)研究

幫助了解新藥在泌尿系統(tǒng)內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程。通過標(biāo)記藥物分子，實時監(jiān)測藥物在體內(nèi)的動態(tài)變化，為藥物的研發(fā)和臨床應(yīng)用提供參考。

小動物活體成像系統(tǒng)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

（一）優(yōu)勢

小動物活體成像系統(tǒng)具有操作簡單、結(jié)果直觀、非侵入性、高度靈敏等特點。它可以直接檢測活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動和基因行為，可以觀測活體動物體內(nèi)腫瘤的生長及轉(zhuǎn)移、疾病的發(fā)生發(fā)展、基因的表達(dá)及反應(yīng)等生物學(xué)過程，可以同時實時觀察標(biāo)記的基因及細(xì)胞在活體動物體內(nèi)的活動及反應(yīng)，并且對同一個研究個體可進(jìn)行長時間反復(fù)跟蹤成像又不需殺死動物。

（二）挑戰(zhàn)

該技術(shù)也存在一些挑戰(zhàn)，如動物組織對光子的吸收、空間分辨率低、結(jié)構(gòu)信息不足等缺陷。此外，不同的成像技術(shù)各有優(yōu)缺點，例如形態(tài)學(xué)成像技術(shù)有較高的空間分辨率，但敏感性較差；功能成像技術(shù)可在分子和細(xì)胞水平檢測疾病，但結(jié)構(gòu)信息不足。因此，如何更好地將功能成像與結(jié)構(gòu)成像（如CT、超聲等）相結(jié)合，使實驗結(jié)果既能獲得相應(yīng)的功能信息，又能獲得直觀的解剖結(jié)構(gòu)信息，將是今后小動物活體成像發(fā)展的必然趨勢。

小動物活體成像系統(tǒng)在泌尿系統(tǒng)研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。它為泌尿系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制研究、抗腫瘤藥物研發(fā)、療效評估等提供了有力的工具，同時在泌尿系統(tǒng)其他疾病的研究中也具有潛在的應(yīng)用價值。隨著對分子基礎(chǔ)疾病的深入研究及顯像技術(shù)的日益進(jìn)步，成像技術(shù)的種類不斷增多，小動物活體成像技術(shù)將在泌尿系統(tǒng)研究中的應(yīng)用范圍不斷擴大。未來，通過不斷優(yōu)化在體檢測條件和技術(shù)擴展，解決現(xiàn)有技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，小動物活體成像技術(shù)有望在泌尿系統(tǒng)腫瘤的臨床診斷、治療、療效判斷及抗腫瘤藥物研發(fā)等方面發(fā)揮越來越重要的作用，為泌尿系統(tǒng)疾病的防治帶來新的突破。