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生物體內發光成像 （Bioluminescence Imaging, BLI）是一種非侵入性成像技術，利用生物體發出的光來即時可視化觀察和測量生物體內的變化情況。這種發光是由螢光素酶在其基質、螢光素 (luciferin)、氧氣 (oxygen)和 ATP 存在下催化的生化反應所產生。
為何 BLI 在臨床前研究中脫穎而出
與其他成像方式不同，BLI 不需要外部光源照射，可降低背景雜訊並確保卓越的信號特異性，能檢測低強度光發射的能力使其成為研究複雜生物現象的高靈敏度方法。
BLI 的非侵入性使研究人員能夠進行縱向研究，長時間追蹤相同的受試者，這最大限度地減少了變異性並提高了實驗結果的可靠性。
生物體內發光成像的歷史背景
生物體內發光成像的起源可追溯到在螢火蟲、水母和其他發光生物中發現的螢光素酶。幾十年來，分子生物學的進步使螢光素酶基因能整合至不同的模型系統，擴大該技術在腫瘤學、傳染病和神經科學中的應用。
本文內容
- 01 為何生物體內發光成像很有價值？
- 02 螢光素酶在生物體內發光成像中是如何作用？
- 03 螢光素酶成像的研究應用
- 04 體內成像方法和流程規劃
- 05 Ubigene：使用優質螢光素酶細胞株為您的研究賦予更高的可行性
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- 01 為何生物體內發光成像很有價值？
- BLI 的多功能性和精度使其成為現代科學研究中不可或缺的一部分。具體優勢如下：
1. 實時監測生物過程
研究人員可以藉此觀察動態變化，例如腫瘤生長或免疫細胞遷移，這種能力對於研究疾病進展和治療效果特別有益。
圖1. 評估疫苗再接種對腫瘤生長的抑制效果
2. 高靈敏度和特異性
由於螢光素酶系統具有高靈敏度，即使是細胞活性的微小變化也可以被檢測到，這使得 BLI 成為研究早期疾病或低豐富度(low-abundance)生物標誌物的絕佳選擇。
3. 非侵入性和符合倫理規範
BLI 的非侵入性減少了對實驗動物實施安樂死的需求，符合動物研究中 3R（替代、減少、改進）的道德原則。
例如，在藥物研發過程中，BLI 允許製藥研究人員在不犧牲實驗模型的情況下評估體內藥物療效，這可以節省成本並提供更人性化的研究規範。
02螢光素酶在生物體內發光成像中是如何作用？
螢光素酶是一種負責催化產生生物發光反應的酶，該過程涉及在氧氣和 ATP 存在下催化螢光素的氧化，產生可被專用相機檢測到的光子。
生化反應機制
螢光素酶會催化螢光素的氧化，產生氧化螢光素 (oxyluciferin)、光和其他副產物，發射的光與所研究的生物活性直接相關。
體內螢光素酶成像應用
當應用於體內研究時，透過基因工程將螢光素酶基因引入細胞或動物模型中，施用螢光素後，產生的生物發光信號可作為細胞或分子活動的標誌物。此方法廣泛應用於：
• 腫瘤轉移：可觀察癌細胞的擴散
• 基因表達：監測特定基因的啟動或抑制
• 療效評估：測量體內實驗性治療的療效
由於 BLI 可量化光信號，因此它可提供定性與定量數據，使其成為高通量藥物篩選的首選方法。
圖 2. Luc2-positive細胞株的生物發光測試
03螢光素酶成像的研究應用
螢光素酶成像作為生物發光研究的核心工具，使科學家能夠精確且即時追蹤以揭示複雜的生物現象，它的多功能性跨越各個研究領域，使其成為現代實驗科學的基石。
1. 腫瘤學：監測腫瘤動力學和治療反應
螢光素酶體內成像有助於可視化的觀察腫瘤生長、轉移和治療結果。具體應用包括：
• 追蹤腫瘤進展：螢光素酶標記的癌細胞株可以精確監測腫瘤大小和擴散的情況
• 評估藥物療效：研究人員可在活體內評估抗癌藥物對腫瘤的影響，降低實驗變異性，提高研究的轉化價值
範例
研究人員使用螢光素酶標記的膠質母細胞瘤細胞能可視化觀察以CRISPR方式導入的基因治療所產生的腫瘤消退，從而提供治療成功的明確證據。
2. 傳染病研究：繪製病原體動態圖 (Mapping Pathogen Dynamics)
螢光素酶成像能夠即時可視化觀察感染進展和抗菌治療的療效。具體應用包括：
• 細菌和病毒追蹤：標記螢光素酶的病原體可揭示感染部位、複製速率與免疫反應
• 抗生素篩選：高通量成像系統可透過量化感染模型中的生物發光信號來篩選有效的抗生素
此應用在對抗抗生素所產生的抗藥性方面尤為關鍵，因為快速、精確地評估藥物療效極其重要。
3. 免疫學和細胞療法
螢光素酶體內成像可追蹤免疫細胞行為、遷移以及與病變組織的相互作用。具體應用包括：
• 免疫療法開發：通過用螢光素酶標記 CAR-T 細胞，研究人員可以評估它們在腫瘤中的浸潤和持久性
• 自體免疫性疾病模型：對自體免疫性疾病中的免疫反應進行成像可深入瞭解疾病機制和潛在干預治療措施
4. 藥物發現與開發
螢光素酶成像藉由提供一種穩健、非侵入性的方式來評估體內藥物動力學和藥效學，從而加速藥物發現過程。
• 評估藥物分佈：量化藥物如何靶向生物體中的特定組織或細胞
• 評估毒性：即時成像可在早期發現不良反應，降低後期臨床試驗的風險
5. 再生醫學和幹細胞研究
在再生醫學中，螢光素酶成像可追蹤幹細胞分化和組織修復過程。具體應用包括：
• 組織再生：監測表達螢光素酶的幹細胞如何修復受損組織，提供有關再生過程的寶貴數據
• 神經退化性疾病研究：研究人員使用螢光素酶成像來評估如帕金森氏症的神經元修復和干預治療措施
為什麼要關注螢光素酶成像？
螢光素酶成像因其無與倫比的靈敏度和與基因工程模型的整合能力而脫穎而出，其在縱向研究中尤其有利，因為重複測量對於理解動態生物過程至關重要。
通過利用Ubigene提供的高品質螢光素酶細胞株，研究人員可以在不同的應用中進行精確、可重複性的實驗。
04體內成像方法和流程規劃
為了確保活體螢光素酶成像的準確性與可重現性，遵循標準實驗流程至關重要
1. 模型選擇
選擇適合您的研究目標的螢光素酶標記模型（例如，轉基因小鼠或基因工程細胞株）
2. 基質製備
根據製造商的建議準備螢光素基質，使用新鮮製備的溶液，以確保獲得穩定的信號
3. 基質注射
• 根據您的模型，選擇腹膜內或靜脈注射螢光素
• 調整時間以捕捉發光高峰（通常在注射後 10-15 分鐘達到峰值）
4. 成像採集
• 使用IVIS或同等系統拍攝圖像
• 調整像素合併、曝光時間和光圈等參數以獲得最佳效果
5. 數據分析
使用成像軟體量化發光訊號，根據對照組別進行標準化以解決差異性
獲得可靠結果的建議
• 進行初步測試以確定最佳螢光素劑量和發光時間
• 使用適當的對照（例如未標記的模型）來驗證結果
05 Ubigene：使用優質螢光素酶細胞株為您的研究賦予更高的可行性
作為基因工程領域值得信賴的領導者，Ubigene 提供了多樣化的螢光素酶標記細胞株產品，旨在滿足現代研究的嚴格要求。
為什麼選擇Ubigene？
• 高靈敏度：實現穩定的訊號檢測，確保精確測量
• 具有成本效益的解決方案：提供可負擔性的實惠價格，同時保證品質
• 可定製性：針對特定研究需求量身定製的細胞株，支持腫瘤學和藥物發現等領域
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結論
生物體內發光成像已成為研究生物過程的重要工具，具有無與倫比的靈敏度、非侵入性和多功能性。無論是監測腫瘤生長、追蹤免疫細胞遷移或評估藥物療效，BLI 都使研究人員能夠更深入地瞭解複雜系統。
借助Ubigene的優質螢光素酶細胞株，研究人員可以獲得可重複的高品質實驗結果，從而推動科學發現。立即探索我們的創新解決方案，釋放您研究的全部潛力。
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