让过程，被看见——Berthold小动物活体成像

文摘 2024-07-28 09:01 北京

德国伯托

2024 SUMMER

在生物医学研究领域，成像技术的不断创新与进步为科学家们提供了更精确、更高效的工具，以揭示生命科学的奥秘。1989年，德国伯托（Berthold）研发出了第一代低光子影像系统LB980 Luminograph。1993年，在这仪器上完成了第一个动物和植物活体基因表达实验，成为世界上第一个活体动（植）物光学影像系统。Berthold NightOWL 作为一款顶尖的生物成像设备，凭借其卓越的性能和广泛的应用，为生命科学的研究和发展提供了新的支持和助力，并迅速赢得了全球科研人员的青睐。30多年来，德国伯托的小动物活体影像系统为全球众多知名医校、科研院所和制药公司服务，全球装机数百台，发表了大量的高质量文献，如Science, Nature, Nature Review Drug Discovery, Nature Biotechnology, Nature Metholds, Nature Cell Biology, Nature Communications, Journal of Clinical Oncology, Blood, Gastroenterology, Hepatology, NanoToday, J Clin Invest., ACS Nano, Advanced。本文将详细介绍Berthold Nightowl 的优势、应用，探讨该产品在生物成像领域的巨大价值。

优点总结

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高灵敏度与高分辨率

Berthold NightOWL 配备了超灵敏的冷CCD作为检测器。-90℃的绝对制冷温度，以及＞90%的量子效率可以保证高质量的成像效果。独特的移动式CCD设计，可以满足3.5×3.5cm－26×26cm视野范围连续可调，对6只小鼠或一只兔子进行成像。NightOWL因其优异的硬件和德国研发人员十多年来对系统的精心优化，具有了非常高的成像灵敏度。这有利于在早期阶段发现肿瘤细胞或者尽早发现肿瘤细胞的转移；也可以减少标记肿瘤细胞的用量，降低科研成本。

优异的荧光系统

NightOWL系统荧光光源的能量可以通过软件进行调节。同时，其荧光激发光能量反馈稳定系统，保证激发光能量的一致性，这对于对比实验的结果是非常重要的。NightOWL还针对不同的样本类型配有独特的荧光光源传输器。

多功能成像模式

NightOWL 支持多种成像模式，包括荧光成像、生物发光成像、上转换荧光模块、切伦科夫发光成像、X-光、3D模块，可以根据需求进行选择。这种多功能性使得NightOWL在广泛的研究领域中具有极高的适用性，从癌症到神经科学，再到免疫学、材料学、干细胞、器官移植、食品等研究均可胜任。

简便易用的软件系统

NightOWL配备了直观易用的软件系统，支持自动图像采集与分析。用户界面友好，操作简便，即使是初学者也能快速上手。强大的数据分析功能帮助研究人员快速处理和解释实验结果，极大地提高了实验效率。

references

应用举例

肿瘤相关研究

这篇文章主要研究了SETD2蛋白如何通过甲基化EZH2并促进其降解来限制前列腺癌的转移，并探讨了AMPK信号通路在调控SETD2表达中的潜在作用以及Metformin治疗对这一过程的影响。在这篇文章中，研究人员使用稳定表达荧光素酶的13106个类器官细胞与13106个泌尿生殖窦间充质细胞（UGSM）混合进行异种移植实验。后分别注射载体和Metformin，使用NightOWL成像系统进行活体成像并测量肿瘤体积，如图1所示。Metformin通过激活AMPK信号通路，进而刺激SETD2的表达，从而可能抑制EZH2高水平的前列腺癌。

图1.皮下类器官体积的代表性图像和量化。小鼠每 2 天接受媒介物或二甲双胍（100 毫克/公斤/天）治疗，持续 6 周。

器官移植相关研究

这篇发表在Nature上的文章介绍了一种创新的基于类器官的移植方法，通过将回肠类器官移植到结肠中，成功地生成了具有小肠功能的"小肠化结肠"（SIC），为短肠综合症（SBS）的治疗提供了一种潜在的新策略。文章使用了表达荧光素酶的Lewis大鼠（Lewis rats）模型，获得其回肠类器官。并将表达荧光素酶的回肠类器官移植入同种大鼠的结肠中。然后利用NightOWL 成像系统检测并量化了由移植的类器官表达的荧光素酶产生的光信号。这种成像技术帮助研究人员评估了移植后类器官的稳定性和它们在体内的分布情况，如图2所示。

图2.a.回肠类器官移植大鼠的代表性生物发光图像，显示荧光素酶阳性移植物稳定植入。b.在基于标准或计划安乐死的大鼠中，移植的荧光素酶阳性回肠（n = 5；红色）和结肠（n = 3；蓝色）类器官的估计面积。

干细胞相关研究

本文研究了通过超声波引导将间充质干细胞包裹在大网膜中治疗马兜铃酸肾病的潜力，发现该方法能有效改善肾功能、减轻肾脏损伤和炎症反应，为慢性肾病治疗提供了一种可能的新疗法。研究人员将商业化的RFP-MSN（RFP标记的间充质干细胞）注射入包裹肾脏的大网膜囊腔内，随后用NightOWL成像系统对小鼠进行小动物活体成像。如图3所示。

图3.大网膜在体内延长了 MSCs 的存活时间至少 5 天。a在第 1、3、5和 7 天使用体内荧光成像获得的小鼠的代表性图像。使用体内荧光成像跟踪移植后 RFP-MSC 的命运。b 在 AAN小鼠模型中以三种不同细胞密度（每只小鼠 2 × 10⁶、2 × 10⁷ 和1 × 10⁸个细胞）移植后 RFP-MSC 的荧光强度。c 在 AAN 小鼠模型中移植不同细胞密度后 RFP-MSC 的 SNR。红色虚线圆圈代表允许的测量范围

光动力治疗相关研究

这篇文章主要介绍了一种新型的III型光敏剂NBEX（X = S, Se, Te），它们能够在无氧条件下通过直接能量转移破坏肿瘤细胞中的RNA，从而有效杀伤肿瘤细胞并抑制肿瘤转移，同时增强免疫功能，为临床实践中的癌症治疗提供了新的策略。研究人员在活体小鼠中通过尾静脉注射NBES后的荧光成像结果，利用NightOWL成像系统进行肿瘤部位的荧光成，使用665 nm的激发光和700 nm的发射光检测NBES的荧光信号，从而观测其对肿瘤的成像能量，如图4所示。

图4.静脉注射 5 nM/只小鼠后，活体小鼠 NBES 染色的荧光图像。黄色圆圈为原位肿瘤所在的区域。

光热治疗研究

这篇文章主要研究了使用M1型激活的巨噬细胞作为活体载体，递送纳米颗粒以增强体内光热治疗的效果，从而为癌症治疗提供了一种新的策略。研究人员将巨噬细胞转染荧光素酶基因，借助NightOWL在小鼠模型中追踪和监测这些细胞的生物发光信号。系统每隔12小时对小鼠进行一次成像，连续观察72小时，以非侵入性的方式实时分析巨噬细胞在肿瘤组织中的渗透情况。通过这种成像技术，研究人员发现M1型巨噬细胞相比未激活的MU型巨噬细胞，能够更快速和积极地渗透到肿瘤组织中，这对于提高光热治疗的效率至关重要，如图5所示。

图5.评估巨噬细胞渗透到肿瘤块中的情况。（a）生物发光强度显示 MU 和 M1 渗透到肿瘤块（红色圆圈内）72 小时。比例尺为 2 厘米。（b）该图表示 72 小时的生物发光强度。

CART相关研究

这篇文章报道了利用嵌合自身抗体受体T细胞（NMDAR-CAAR T cells）来特异性地清除与NMDAR受体脑炎相关的致病性B细胞。从而在不产生非靶向毒性的情况下，为治疗这种自身免疫性脑炎提供了一种潜在的新疗法。研究人员使用NightOwl 体内成像系统在活体内的小鼠模型中记录和量化由荧光素酶表达的Nalm6细胞发出的生物发光。通过在小鼠体内注射这些细胞，研究人员能够在特定时间点通过NightOwl系统检测和测量这些细胞的生物发光信号，从而追踪和量化目标细胞在小鼠体内的存活和分布情况。这种成像技术对于评估NMDAR-CAAR T细胞对目标B细胞的清除效果以及监测治疗效果至关重要。

图6.N1_ATDN2B_ATD-CAAR T 细胞在体内消除靶细胞并降低血清和脑抗体水平。(A) 动物实验设计示意图。(B) 靶细胞注射后第 1、13 和 20 天的生物发光。(C) 通过生物发光成像对Nalm6压力进行连续量化。(D–G) 通过生物发光成像对单个动物的Nalm6 压力进行连续量化，这些动物用 (D) 无 T 细胞、(E) 未转导的 T 细胞、(F) N1_ATDN2B_ATD-CAAR T 细胞体外扩增 9 天，以及 (G) N1_ATDN2B_ATD-CAAR T 细胞体外扩增 13 天。符号与 (A) 中的相同。(H) 通过 ELISA 量化N1_ATDN2B_ATD-CAAR T细胞治疗后，从 Nalm6细胞中提取的第 20 天血清NMDAR抗体水平。

药物开发相关研究

这篇文章的主要内容是关于一种创新的治疗方法，通过重新编程外泌体（exosomes），使其能够逃避免疫系统的监视，并将治疗成分如环孢素A（CsA）和针对线粒体保护的微RNA抑制剂（miR inhibitors）定向传递到肝细胞，以减轻肝脏缺血再灌注损伤（HIRI）。外泌体被标记了1,1’-二辛癸基-3,3,3’,3’-四甲基吲哚三碳菁碘化物（DIR）染料，然后通过尾静脉注射到BALB/c小鼠体内。在注射后的多个时间点（0.5小时、3小时、6小时、12小时、24小时、48小时和72小时），使用NightOWL成像系统捕获荧光信号，以确定标记的外泌体在小鼠体内的分布情况。主要器官（包括肝脏、肺、脾脏、心脏和肾脏）在注射后24小时被收集，使用相同的设备进行成像，以分析外泌体在这些器官中的荧光强度。

图 7. ExosCD47-HuR 的体内分布和吞噬逃避。（A）体内荧光图像显示 DIR标记的ExosLO2 和 ExosCD47-HuR 在小鼠肝脏中的积累。（B）在不同时间点对肝脏中荧光强度的量化，其中 ExosCD47-HuR 表现出比 ExosLO2更好的积累。（C）组织分布分析表明 ExosCD47-HuR优先靶向肝脏。

动物模型研究

细菌荧光素酶基因盒(lux)是实时监测细菌动态的理想生物反应器，可在原核或真核宿主背景下使用。这篇文章介绍了它们的构建策略及其在细菌感染和抗生素治疗中的应用。讨论了表达lux的细胞系的不同构建方法。使用NightOWL成像系统评估发光效率，为开发一种理想的生物发光细菌或细胞系以评估药物疗效提供了有价值的指导。

图8.用标记的大肠杆菌O157:H7构建BALB/s小鼠反应器和器官的图像

更多应用解读，敬请期待。。。

Berthold NightOWL作为一款顶尖的生物成像设备，凭借其高灵敏度、高分辨率、多功能性以及卓越的稳定性，成为生物医学研究领域的佼佼者。其广泛的应用领域和显著的研究成果，充分证明了其在科学研究中的巨大价值。未来，随着技术的不断进步和创新，Berthold NightOWL必将继续引领生物成像技术的发展，为科学家们揭示生命科学的奥秘提供更强大的支持。

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