活體成像技術(shù)作為現(xiàn)代生物醫(yī)學研究中的重要工具，為高通量篩選（High-Throughput Screening, HTS）提供了強大的支持。通過結(jié)合先進的影像學方法，活體成像技術(shù)可以在不破壞動物的前提下，對活體狀態(tài)下的生物過程進行組織、細胞和分子水平的定性和定量研究。本文將探討活體成像技術(shù)如何應用于高通量篩選，并詳細介紹其實現(xiàn)過程和應用領(lǐng)域。

一、活體成像技術(shù)概述

活體成像技術(shù)主要分為可見光成像、核素成像、核磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）和超聲成像五大類。其中，可見光成像和核素成像特別適合研究分子、代謝和生理學事件，被稱為功能成像；而CT和超聲成像則適合于解剖學成像，被稱為結(jié)構(gòu)成像；MRI介于功能成像和結(jié)構(gòu)成像之間。

1. 可見光成像

可見光成像主要包括生物發(fā)光和熒光兩種技術(shù)。生物發(fā)光技術(shù)通過在動物體內(nèi)利用報告基因（如熒光素酶基因）表達熒光素酶蛋白，與其小分子底物熒光素在氧、Mg2?離子存在的條件下消耗ATP發(fā)生氧化反應，將部分化學能轉(zhuǎn)化為可見光能釋放。熒光技術(shù)則采用熒光報告基因或熒光染料等新型納米標記材料進行標記，通過外源激發(fā)光對熒光探針進行激發(fā)，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。

2. 核素成像

核素成像包括正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（PET）和單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)（SPECT）。小動物PET和SPECT是專為小動物實驗而設(shè)計，具有探測區(qū)域小、空間分辨率高的特點。這些技術(shù)利用放射性核素的示蹤原理進行顯像，能夠動態(tài)地獲得秒數(shù)量級的動力學資料，對生理和藥理過程進行快速顯像。

3. 核磁共振成像（MRI）

核磁共振成像利用靜磁場中的活體施加某種特定頻率的射頻脈沖，使活體中的氫質(zhì)子受到激勵而發(fā)生磁共振現(xiàn)象。停止脈沖后，質(zhì)子在弛豫過程中釋放出微弱的能量，通過信號的接收、空間編碼和圖像重建等處理過程，產(chǎn)生MRI圖像。MRI具有無電離輻射性、高度的軟組織分辨能力，無需使用對比劑即可顯示血管結(jié)構(gòu)等獨特優(yōu)點。

4. 計算機斷層掃描（CT）

CT成像采用微計算機斷層掃描技術(shù)，對活體小動物或多種硬組織和相關(guān)軟組織進行掃描成像分析。小動物CT具有微米量級的空間分辨率，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)小型嚙齒動物（如小鼠或大鼠）活體狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)成像，以及離體動物組織、生物材料等樣品的無損三維檢測。

5. 超聲成像

超聲成像基于聲波在軟組織傳播而成像，由于其無輻射、操作簡單、圖像直觀、價格便宜等優(yōu)勢，在臨床上廣泛應用。在小動物研究中，超聲成像主要集中在生理結(jié)構(gòu)易受外界影響的膀胱和血管，以及轉(zhuǎn)基因動物的產(chǎn)前發(fā)育研究。

二、高通量篩選技術(shù)基礎(chǔ)

高通量篩選技術(shù)是一種科學實驗方法，特別用于藥物發(fā)現(xiàn)。它通過自動化技術(shù)快速篩選大量化合物，以識別具有潛在生物活性的化合物。高通量篩選技術(shù)依賴于自動化的液體處理和機器人技術(shù)來處理和測試成千上萬的化合物，同時需要專門的數(shù)據(jù)處理和控制軟件來管理實驗的執(zhí)行和數(shù)據(jù)的收集。

高通量篩選實驗方法根據(jù)生物學特點分為受體結(jié)合分析法、酶活性測定法、細胞分子測定法、細胞活性測定法、代謝物質(zhì)測定法和基因產(chǎn)物測定法等。這些實驗方法均已在藥物篩選中得到廣泛應用，極大地提高了藥物發(fā)現(xiàn)的效率和成功率。

三、活體成像技術(shù)在高通量篩選中的應用

活體成像技術(shù)為高通量篩選提供了強大的支持，通過實時監(jiān)測生物體內(nèi)的細胞活動和基因行為，可以大大提高篩選的效率和準確性。以下是幾種常見的應用方式：

1. 可見光成像在高通量篩選中的應用

通過生物發(fā)光和熒光標記技術(shù)，可以實現(xiàn)對目標基因或細胞的實時監(jiān)測。例如，在基因編輯研究中，可以將熒光素酶基因插入目標細胞中，通過活體成像技術(shù)觀察熒光素酶的表達情況，從而評估基因編輯的效率。此外，熒光素酶報告基因質(zhì)?？梢员徊迦攵喾N基因的啟動子，成為某種基因的報告基因，通過檢測報告基因從而實現(xiàn)對目標基因的監(jiān)測。

2. 核素成像在高通量篩選中的應用

小動物PET和SPECT技術(shù)利用放射性核素的示蹤原理進行顯像，能夠動態(tài)地獲得秒數(shù)量級的動力學資料。在高通量篩選中，可以將放射性核素標記的化合物注入動物體內(nèi)，通過PET或SPECT成像技術(shù)觀察化合物在體內(nèi)的分布和代謝情況，從而評估其生物活性和藥效動力學參數(shù)。

3. 核磁共振成像在高通量篩選中的應用

MRI技術(shù)具有高度的軟組織分辨能力，無需使用對比劑即可顯示血管結(jié)構(gòu)等獨特優(yōu)點。在高通量篩選中，可以利用MRI技術(shù)觀察化合物對動物體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的影響，如腫瘤生長、血管生成等生物學過程。通過MRI成像，可以定量評估化合物的生物活性和藥效動力學參數(shù)。

4. 計算機斷層掃描在高通量篩選中的應用

小動物CT具有微米量級的空間分辨率，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)小型嚙齒動物活體狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)成像。在高通量篩選中，可以利用CT技術(shù)觀察化合物對動物體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的影響，如骨密度變化、腫瘤生長等。通過CT成像，可以定量評估化合物的生物活性和藥效動力學參數(shù)。

5. 超聲成像在高通量篩選中的應用

超聲成像基于聲波在軟組織傳播而成像，具有無輻射、操作簡單、圖像直觀等優(yōu)點。在高通量篩選中，可以利用超聲成像技術(shù)觀察化合物對動物體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的影響，如心臟功能、血液循環(huán)等。通過超聲成像，可以定量評估化合物的生物活性和藥效動力學參數(shù)。

活體成像技術(shù)作為現(xiàn)代生物醫(yī)學研究中的重要工具，為高通量篩選提供了強大的支持。通過結(jié)合先進的影像學方法，活體成像技術(shù)可以在不破壞動物的前提下，對活體狀態(tài)下的生物過程進行組織、細胞和分子水平的定性和定量研究。這些技術(shù)不僅提高了藥物篩選的效率和準確性，也為生物醫(yī)學研究提供了更多的可能性。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，活體成像技術(shù)在高通量篩選中的應用前景將更加廣闊。