以 IVIS 系统为代表的小动物活体光学成像系统可应用于各类生物学研究、疾病模 型和相关的药物研发过程，包括肿瘤（肿瘤的发展和转移/肿瘤分子靶向/抗肿瘤药 物/肿瘤相关分子机制等）、免疫及炎症（免疫性疾病如哮喘、关节炎、过敏性腹 泻等）、干细胞（干细胞示踪和存活/肿瘤干细胞）、神经（神经胶质瘤及其药物 靶向/中枢神经损伤/髓鞘损伤和修复等/斑马鱼发育等）、材料学（纳米材料的代谢 和在体分布/纳米材料毒理学等）。
IVIS Spectrum小动物活体光学成像系统是目前全球最先进的小动物光学活体成像 系统，该系统不仅具备最高灵敏度的2D生物发光和荧光成像功能，还同时具备3D 生物发光和荧光成像功能。其独有的3D成像技术可实现对观测对象的全方位定量 分析，获取2D成像无法获取的重要生物学信息：如信号在体内的深度信息、发光 区域的体积信息、信号不同断层面的信息、细胞数量、荧光浓度等3D精确定量信 息，3D光学成像数据还可以与其它影像结果（如CT/MRI）的数据进行融合，实现 功能学与结构学成像的完美结合，获得全方位的成像数据。
图：IVIS Spectrum独有的3D成像功能实现对信号进行精确定位和定量
另外，传统的2D荧光成像技术对于体内深层荧光信号（如肺部、心脏等）的检测 往往不能获得好的结果，主要原因在于传统活体荧光成像技术通常采用反射照明对 信号进行激发，激发范围为小鼠全身，导致激发光能量过于分散而无法有效激发体 内深层部位信号，同时也造成大范围自发荧光的产生；IVIS Spectrum具备反射照 明满足浅层信号成像的同时，还具备特有的底部透射荧光成像模式，该模式在对深 层器官或组织原位肿瘤、肿瘤转移研究、深层部位炎症疾病研究、心血管疾病研究、 神经系统疾病研究及深层部位药物分布、靶向性及药效评价研究中具备显著优势。
图：IVIS Spectrum独有的透射荧光成像功能能实现对深层组织内信号的成像和检测
IVIS 系统在各研究领域的应用举例
1. 肿瘤研究
肿瘤研究是目前应用最普遍的领域之一。常用于肿瘤活体成像的光学标记方法包括： 1、利用萤火虫荧光素酶（Firefly Luciferase）或荧光蛋白作为报告基因，通过转基 因技术体外标记肿瘤细胞而直接观测肿瘤的发展变化，或标记特定基因而研究肿瘤 相关基因在肿瘤发展中的作用；2、通过外源注射功能性荧光探针，观测肿瘤发展 过程中的分子事件，进而反映肿瘤的发展变化。宏观来说，应用小动物活体光学成 像技术进行肿瘤研究主要集中于三个方面：1、长时间监测肿瘤生长及转移；2、抗 肿瘤药物靶向和药效评价；3、癌症分子机理研究。举例如下：
通过左心室注射萤火虫荧光素酶生物发光标记的MDA-MB-231乳腺癌细胞的方法 建立小鼠骨转移模型，借助IVIS Spectrum的3D成像功能，可以对细胞在小鼠体内 的分布、转移和发展进行成像研究，并能够对肿瘤体积、深度以及细胞鼠进行精确 定量。
图：IVIS Spectrum 的3D 成像功能长时程监测心脏注射的发光乳腺癌细胞（橙色） 的骨转移现象
此 外 ， 使 用 Cy5.5 、 AF750 、 VivoTag 等 荧 光 探 针 可 以 对 非 编 码 RNA （MicroRNA）、多肽等进行标记，通过 IVIS Spectrum 可以对 MicroRNA、多肽等 与肿瘤（生物发光标记）间的相互作用进行成像观察和靶向性研究；通过对荧光标 记药物进行不同方式包裹（药剂学缓释研究）和通过不同方式进行给药（鼻腔吸入、 口腔给药、静脉注射、肌肉注射等），借助 IVIS Spectrum 的 3D 成像功能，可以 对药物的释放、分布、不同脏器内富集和药效评价进行精确定性和定量研究。
利用荧光素酶标记特定基因，构建特定基因-荧光素酶的共表达载体，通过荧光素 酶产生的生物发光信号反映该基因的表达情况，可以研究该基因的相关作用，例如： p53 是调节细胞正常生命活动的一种重要基因，控制着细胞周期的启动，p53 也被
认为是一个重要的抑癌基因，有研究者将一个同时带有致癌基因 ras、四环素反式 激活因子 tTA（‘tet-off’）及四环素依赖性 p53 shRNA 的逆转录病毒表达载体与荧 光素酶基因质粒共转染从小鼠胚胎提取的成肝细胞，并将转染细胞接种于小鼠肝脏， 借助 IVIS 系统可以活体观测 p53 基因表达关闭或开启对于肝癌发生或消亡的作用， 结果显示当 p53 的表达被 shRNA 抑制时，通过生物发光观测到的肿瘤信号逐渐增 强，而当给小鼠注入强力霉素（doxycycline）开启 p53 的表达后，肝癌细胞的生物 发光信号逐渐减弱，说明 p53 的表达能够抑制肿瘤的生长并促使肿瘤消亡。
在肿瘤靶向性研究中，研究人员利用靶向肿瘤的生物发光细菌和 IVIS Spectrum 系 统获得肿瘤的精准三维图像：通过皮下注射萤火虫荧光素酶标记的结肠癌细胞株 （HCT116-luc2），然后尾静脉注射细菌荧光素酶标记的 B.breve 细菌。应用 IVIS Spectrum 系统和 Quantum microCT 系统进行三维多模式成像融合，显示细菌荧光 素酶标记 B.breve 细菌和生物发光标记 HCT116-luc2 肿瘤细胞共定位，说明非病原 性细菌可以作为载体用于癌症靶向治疗，该研究对于靶向肿瘤药物和转化医学有重 要意义。
图：a) 小鼠体内的三维多模式成像融合：B.breve 细菌（橙色， 生物发光），HCT116-luc2 结肠癌肿 瘤细胞（绿色， 生物发光）和 Quantum microCT 骨结构成像；b) 肿瘤内成像：HCT116-luc2 结肠癌 肿瘤细胞（绿色/蓝色），脉管系统（造影剂 Exitron nano 12000-红色）和细菌（橙色/黄色）
肿瘤的发生和转移与肿瘤细胞所处的微环境有着密切关系，了解肿瘤微环境对于肿 瘤的诊断、防治和预后有着重要意义。利用监测肿瘤组织缺氧的 HypoxiSense 荧光 探针与监测肿瘤血管生成的 AngioSense 荧光试剂可以共同观测小鼠皮下接种的人 宫颈癌肿瘤微环境；HypoxiSense 能够特异性靶向缺氧肿瘤细胞表面上调表达的碳 酸酐酶 9（CAIX），进而表征肿瘤的缺氧区域，AngioSense 通过富集于由于肿瘤 血管新生而引发的血管渗漏区域，进而表征肿瘤的血管富集区域；定量结果显示缺 氧部位主要位于肿瘤内部中心区。
图：应用 3D 光学成像技术结合 HypoxiSense680 及 AngioSense750 荧光探针观测裸鼠脂肪垫接种的 人宫颈癌肿瘤微环境， 并进行精确定量分析
2. 免疫及炎症研究
在应用 IVIS 活体光学成像系统进行免疫学研究中，常用的标记方法及应用领域包 括：1、利用功能性探针监测免疫疾病的发生发展及相关治疗；2、利用荧光素酶基 因或荧光染料标记免疫细胞，监测免疫细胞的免疫应答作用；3、利用荧光素酶作 为报告基因标记疾病相关基因构建转基因动物，进行免疫疾病机理研究。举例如下：
Revvity依靠强大的生物学研发团队，成功开发出多种应用于炎性疾病监测的功
能 性 探针 ， 如 用 于 探 测 炎性 细 胞 中髓 过 氧 化物 酶（MPO ） 的 化 学 发 光
（Chemiluminescent）探针“XenoLight® RediJect™ Inflammation Probe”、用于探测 环氧酶 2（COX-2）的近红外荧光探针“XenoLight® RediJect™ COX-2 Probe”、用 于探测炎性细胞中组织蛋白酶（Cathepsin）的近红外探针“ProSense 680/750”、 用于探测炎性细胞中基质金属蛋白酶（Matrix Metalloproteinase） 的近红外探针 “MMPSense 680/750”、用于探测嗜中性粒细胞胰肽酶（Neutrophil Elastase）的 近红外探针“Neutrophil Elastase 680 FAST”。这些探针已被广泛应用于各种炎性 疾病的研究中。
图：使用 3D 光学成像技术及其精确定量功能监测肺炎的发生及治疗效果：A）利用 ProSense 750 探针观测哮喘中组织蛋白酶的表达及地塞米松（Dexamethasone） 对哮喘的治疗效果； B） 利用 Neutrophil Elastase 680 FAST 探针观测急性肺炎（COPD）的发生及 Rolipram 的治疗效果
借助新型荧光探针和 IVIS Spectrum 小动物活体光学成像系统，可以对炎症或肿瘤 转移病灶部位的髓过氧化物酶（MPO）的化学发光活性进行监测和定量，例如： 研究人员将化学发光底物 Luminol 与近红外量子点（Quantum dots ，QDs）进行混 合，化学发光产生的信号通过发光能量共振转移（Chemiluminescence resonance energy transfer，CRET）的方式激发 QDs 产生近红外荧光从而被 IVIS Spectrum 系 统检测到，IVIS Spectrum 所独有的 3D 成像功能可以对 MPO 的在体分布以及不同 部位的 MPO 信号深度进行精确定量。
图：IVIS Spectrum 系统可以对肿瘤转移部位引发的炎症 MPO 活性进行在体分布成像，其独有的 3D 成像功能可以对 MPO 信号的深度进行精确定位，对信号强度进行精确定量
在一些胃肠道疾病，如过敏性腹泻的研究中， IVIS 系统可以发挥重要作用。例如： 研究人员发现在卵清蛋白（OVA）诱导的过敏性腹泻模型中，Th1 inhibitory IL- 12p40 蛋白（单体或同源二聚体）的过表达其重要作用，而树突状细胞衍生的 IL- 12p70 蛋白（由一个 p35 单体和一个 p40 单体形成的异源二聚体蛋白）可以促使 Th1 细胞进行分化从而可能抑制过敏性腹泻；使用荧光蛋白（如 GFP）标记 IL- 12p70 DNA 质粒，通过鼻腔吸入的方式将标记的质粒导入小鼠体内，借助 IVIS Spectrum 系统可以对 IL-12p70 蛋白在体内的表达（尤其是深层脏器内的表达）和 分布进行实时监测，结果显示鼻腔吸入 IL-12p70 DNA 质粒可以抑制过敏性腹泻。
关节炎研究方面，关节炎部位往往伴随着组织蛋白酶（Cathepsin）、基质金属蛋白 酶（MMP ）等的高表达和血管病变， 因此借助相应的功能性荧光探针， 如 Revvity公司的 ProSense 、MMPSense 、Cat K FAST 、AngioSense 等荧光探针可以对 关节炎部位的病征进行功能性靶向，再借助 IVIS Spectrum 卓越的 3D 荧光成像能 力进行成像观察和定量比较。
图：借助各种功能性荧光探针和 IVIS Spectrum 系统可对关节炎进行活体成像观察和定量研究
利用 IVIS Spectrum 还可以研究炎症相关细胞（如巨噬细胞）对炎症部位的靶向作 用：利用近红外荧光膜染料体外标记腹腔中提取的巨噬细胞，荧光标记后巨噬细胞 通过尾静脉注射人小鼠体内，使用 IVIS 系统可以监测到巨噬细胞主要分布在肺部/ 肝脏内，使用 Carrageenan（角叉菜胶）在小鼠腿部诱发炎症反应，利用 IVIS 系统 可以观察到巨噬细胞很快迁移到腿部炎症部位发挥作用，利用 IVIS Spectrum 独有 的 3D 成像功能还可以对巨噬细胞的富集度进行精确定量和比较。
图：利用 IVIS Spectrum 系统可以研究巨噬细胞对炎症的靶向作用
对免疫和炎性相关基因进行研究可以揭示免疫疾病的分子机理，从而更好地了解免 疫疾病的发生发展及相关治疗。研究人员通过构建各种生物发光转基因动物模型，
结合IVIS活体光学成像系统，可以在活体动物水平观测免疫疾病发展过程中相关基 因的表达。例如：NFκB是一类重要的转录因子，参与免疫反应的早期和炎症反应 各阶段的许多分子都受NF-κB的调控，因此，对于NFκB信号通路的研究是炎症疾 病研究的一个热点；研究人员利用Tg (NFκB-RE-luc)转基因小鼠和IVIS活体光学成 像系统，观测了咖啡对脂多糖（LPS）诱导的小鼠炎症反应的抑制作用，结果显示， 咖啡能够抑制NFκB的表达，并激活机体的抗氧化防御，而且随着咖啡烘焙程度的 提高，这种抑制效应越明显。
3. 干细胞研究
干细胞研究是活体光学成像技术的应用热点之一。在活体光学成像实验中，常用于 干细胞光学标记的方法包括：1、利用萤火虫荧光素酶作为报告基因，通过转基因 技术体外转染干细胞；2、通过亲脂性荧光染料直接标记干细胞；3、从已构建好的 生物发光转基因动物中提取干细胞，所提取干细胞即具备生物发光特性。总体来说， 应用IVIS Spectrum系统进行干细胞研究主要集中于以下几个方面： 1、监测干细胞 的移植、存活和增殖；2、示踪干细胞在体内的分布和迁移；3、多能诱导干细胞、
肿瘤干细胞等新兴研究。举例如下：
干细胞移植后，活体示踪干细胞的分布和迁徙具有重要意义。利用荧光素酶基因稳 定转染干细胞，报告基因不随干细胞的分裂或分化而丢失，因此，利用IVIS系统的 生物发光成像功能可以长期稳定地观测干细胞在体内的分布和迁移。例如研究人员 利用生物发光标记的骨髓间充质干细胞靶向迁移至受损心脏进行了长期观测：从生
物发光转基因小鼠中提取获得具有生物发光特性的骨髓间充质干细胞，随后经尾静 脉注射入心脏缺血的同品系小鼠体内，利用IVIS成像系统对干细胞的分布和迁移进 行长达28天的活体观测，发现干细胞会特异性迁移至受损心脏并存留于心肌中发挥 修复功能；IVIS Spectrum系统可以对干细胞在体内的实时分布进行动态成像，其 独有的3D成像功能还可以心脏内的干细胞数量进行精确定量。
乳腺干细胞（Mammary stem cells ，MaSCs）在乳腺发育尤其是孕期乳腺的发育过 程中发挥重要作用，研究人员等利用流式细胞仪从FVB/N生物发光转基因小鼠的乳 腺组织中筛选出表达Luciferase的乳腺干细胞（CD24+/CD29hi/GFP+/强生物发光信 号），将这些发光乳腺干细胞植入3周龄雌性小鼠乳腺（预先清除了乳腺内源上皮 细胞）中，之后利用IVIS活体光学成像系统对乳腺干细胞在植入后、受孕后（乳腺 干细胞植入后2~3周时刻人工诱导受孕）、幼崽出生后、哺乳期、断奶后的活跃度 进行实时监测和定量比较，结果显示：乳腺干细胞的活跃度（生物发光强度）在小 鼠怀孕后迅速提升了约200倍，在幼崽出生后活跃度又迅速下降，最终活跃度下降 到一个与断奶期持平的基线水平；另外，乳腺干细胞的活跃度与母鼠是否哺乳幼崽 直接相关，如果将刚出生的幼崽立即从母鼠身边取走，该不哺乳母鼠体内的乳腺干 细胞活跃度将比哺乳母鼠更快地下降到一个更低水平，该研究将为研究乳腺的发育 和预防乳腺癌发挥积极作用。
在肿瘤干细胞的鉴定方面，研究者利用以IVIS系统为代表活体光学成像技术在活体 动物水平观测某些细胞的致瘤性，从而确定细胞是否具备肿瘤干细胞的特性。例如 在2010年的一篇文献报道中，研究人员利用荧光素酶通过慢病毒转染的方式标记了 乳腺癌细胞株HCC1954，并利用流式细胞分选技术分离出带有不同细胞表面标识 物CD24-/low/CD44+及CD24+/CD44+的两种细胞群，而CD24-/low/CD44+被报道存 在于多种乳腺癌干细胞表面，因此，研究者进一步将两种细胞分别接种于 NOD/SICD小鼠身体两侧的乳腺脂肪垫，利用IVIS成像系统观测它们的致瘤性，结 果显示带有表面标识物CD24-/low/CD44+的细胞其致瘤性明显高于CD24+/CD44+细 胞，并且当细胞接种数量少于100个时，只有CD24-/low/CD44+细胞具备致瘤性， 说明带有CD24-/low/CD44+的细胞群中可能富含肿瘤干细胞。
2011年发表于Cell 的一篇文献报道了根据神经胶质瘤干细胞的增殖特性，利用针对 性药物对肿瘤进行治疗。研究人员发现神经胶质瘤干细胞的增殖依赖于一氧化氮合 成酶2（NOS2），而普通神经胶质瘤细胞或正常神经干细胞的增殖均不依赖NOS2， 因此，研究人员设计出一个专门针对NOS2 的抑制剂，此抑制剂能够很好地穿过血 脑屏障进入颅内移植的神经胶质瘤，并对荧光素酶发光标记的神经胶质瘤的生长具 有明显抑制效果，经抑制剂处理的神经胶质瘤干细胞其致瘤性也大幅降低；IVIS Spectrum的3D成像功能有助于对发光肿瘤细胞进行精确颅内定位以及精确定量。
近年来，研究者陆续开始利用IVIS系统进行诱导性多能干细胞（iPS）的相关研究。 发表于2009年Circulation的一篇文献报道，将经荧光素酶标记的由小鼠成纤维细胞 诱导获取的诱导性多能干细胞，移植入免疫缺陷型裸鼠或具有免疫活性的同种异体 小鼠皮下，发现在后者中不会形成畸胎瘤；进一步的研究显示将诱导性多能干细胞
移植入发生急性心肌梗塞的具有免疫活性的同种异体小鼠心脏后，细胞的发展不会 导致畸胎瘤的形成，能够稳定存活，并能修复受损的心脏；IVIS Spectrum独有的 3D成像功能有助于对iPS细胞的在体分布进行精确定位，并可以对其存活能力和参 与组织修复过程进行定量比较。
4. 神经科学研究
在IVIS活体光学成像系统进行神经科学相关疾病研究中，常用的标记方法及应用领 域包括：1、利用萤火虫荧光素酶或荧光蛋白作为报告基因，通过转基因技术体外 转染神经肿瘤细胞、神经干细胞等细胞，进行神经肿瘤、神经发育及细胞治疗的相 关研究；2、利用荧光素酶作为报告基因标记神经疾病相关基因构建转基因动物， 进行神经疾病机理研究；3、利用功能性荧光探针监测神经疾病的发生发展。举例 如下：
对于神经胶质瘤，目前常规的治疗方案顺序是手术、放疗、药物治疗，药物治疗是 维持疗效，实现杀灭肿瘤或是带瘤生存的必要手段。对于脑胶质瘤来说，理想的药 物治疗是药物可以透过血脑屏障，在肿瘤内均匀分布并且快速、高效抑制胶质瘤、 不渗入脑脊液、不影响正常脑组织，对外周组织低毒副作用，因此神经胶质瘤的治 疗要求抗肿瘤药物集中在神经胶质瘤部位，而非全脑分布。IVIS Spectrum 独有的 3D 成像功能可以对荧光标记的抗肿瘤药物在脑胶质瘤内的靶向性进行成像和精确 定位，从而为研究肿瘤微环境对药物释放、药效和药物靶向作用提供重要作用。
图：使用 IVIS Spectrum 可以对药物的在体分布和对神经胶质瘤的靶向作用进行精确定位研究
朊病毒又称蛋白质侵染因子、毒朊或感染性蛋白质，是一类能侵染动物并在宿主细 胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质，因此朊病毒（Prion virus）严格来说不是 病毒，而是一类不含核酸而仅由蛋白质构成的可自我复制并具感染性的因子；朊病 毒能使人类神经萎缩、注意力出现障碍、思维陷入极度混乱状态，使其难以完成复 杂的动作。利用 IVIS Spectrum 能对朊病毒引发的中枢神经损伤进行研究：通过给
GFAP-luc Tg 转基因生物发光小鼠颅内注射 RML Prions ，GFAP（胶质纤维酸性蛋 白）可以表征星形胶质细胞的增生，进而反映朊病毒引发的中枢神经损伤，GFAP 与萤火虫荧光素酶（luc）基因串联表达，因此通过 IVIS Spectrum 的3D 成像功能 可以对 GFAP 蛋白在颅内的表达进行监测和精确定位，从而对疾病的进展进行长 时程监测和定量分析。
图：使用 IVIS Spectrum 对朊病毒引发的中枢神经损伤进行精确定位和定量研究
利用 IVIS 系统研究神经疾病相关特异性基因的表达，能够揭示神经疾病的分子机 理，从而为治疗神经疾病发挥积极作用。科研人员利用 TLR2-luc/GFP 转基因小鼠， 结合 IVIS Spectrum 系统观测了小鼠大脑中动脉闭塞导致的 TLR2 蛋白高表达，并 且获得生物发光的三维图像。
图：使用 IVIS Spectrum 系统独有的3D 成像功能研究动脉闭塞导致的TLR2 蛋白高表达和精确定位 另外，在髓鞘损伤研究过程中， IVIS Spectrum 系统也可以发挥重要作用。借助 IVIS 活体光学成像系统，研究人员使用一种可以靶向髓鞘的近红外荧光探针 3,3-
diethylthiatricarbocyanine iodide (DBT)来研究髓鞘的损伤与修复过程：通过向小鼠 饲料中添加 Cuprizone 使得小鼠髓鞘发生损伤，荧光成像结果显示，髓鞘损伤小鼠
颅内的 DBT 荧光信号与正常小鼠相比显著减少；通过改善食物对髓鞘损伤小鼠进 行髓鞘修复，结果显示，在髓鞘修复过程中，颅内 DBT 荧光信号显著增强，且修 复 8 周小鼠的信号强于修复 4 周的小鼠；通过 IVIS Spectrum 独有的 3D 成像功能 还可以对颅内 DBT 信号进行精确定位，并对其富集程度和浓度进行精确定量。
子宫内电穿孔技术(In Utero Electroporation ，IUE)是一种利用电穿孔技术将基因引 入子宫器官内的一种技术，通过调整电极的方向可以转染脑组织不同部位的神经元， 具有时间和空间的可控性，所以主要用于研究基因在中枢神经系统发育中的功能。
该技术目前的一个主要难点在于对转染的成功率和转染基因的表达进行精确定位， 研究人员将萤火虫荧光素酶发光报告基因质粒和目的基因质粒的混合物共注射入大 鼠侧脑室，利用 IVIS Spectrum 所独有的 3D 成像技术，可以对颅内皮质区和海马 区内的目的基因信号表达进行精确定位和分辨。
图：通过 IVIS Spectrum 系统可以对 IUE 过程中目标基因的表达进行成像研究，其独有的 3D 成像 功能可以精细区分出颅内皮质区和海马区内的信号
5. 材料学研究
材料学研究是小动物活体光学成像技术的一个重要的研究领域，其主要研究方向包 括：1、生物材料的在体分布和代谢研究；2、材料（肿瘤靶向性荧光纳米材料）的 肿瘤内靶向和富集研究；3、材料的毒理学研究。举例如下：
使用 IVIS Spectrum 可以对肿瘤靶向的药物或材料的在体分布和代谢进行定性及定 量研究。例如不同形状的有机 Quinoline-malononitrile (QM)荧光纳米探针对肿瘤的 靶向和富集作用存在差异，使用 IVIS Spectrum 可以对球状的 QM-5 和杆状的 QM- 2 的在体分布进行长时程成像观察，通过 IVIS Spectrum 独有的3D 荧光成像功能可 以对 QM 的肿瘤内富集进行精确定位和精确定量比较（精确到 pmol）。
图：使用 IVIS Spectrum 可以对杆状 QM-2 和球状 QM-5 的在体分布进行检查，其独有的 3D 成像功 能可对 QM 的肿瘤内富集进行精确定位和精确定量比较。
纳米硅颗粒（nSPs ），二氧化钛纳米颗粒（nano-TiO2 ）和碳纳米管（ carbon nanotubes）等纳米材料如今已经广泛应用于食品工业、化妆品制造和药物递呈研 究中，尤其是 nSPs，由于其亲水性强，易合成并且表面容易修饰，常被用作化妆 品和食物中的添加剂。但这些纳米材料也具有潜在的生物学毒性，例如碳纳米管可 像石棉一样诱发小鼠体内间皮瘤样病变，nSPs 可诱发小鼠严重肝损伤和炎症反应。 胎儿与成人相比，其对环境中的有毒物质更加敏感，来自空气、水体和食物中的化 学有毒物质可诱发妊娠并发症，因此，研究这些常见纳米材料的母体/胎儿毒理学 作用，对防治复发性流产、胎儿宫内生长异常等意义重大，小动物活体光学成像技 术由于其无损、直观、可长时程连续观测等优势，在该领域的研究中发挥着越来越 重要的作用。Yamashita 等使用 IVIS 系统研究了不同粒径大小的纳米材料对胎鼠的 富集和毒理学作用。研究人员将不同粒径（直径 70 nm 、300 nm 、1000 nm）的 nSPs 用 DY-676 进行荧光标记，标记后的 nSPs 通过尾静脉注射入怀孕 16 天的孕鼠 体内，注射后 24 h 时刻使用 IVIS 系统对 nSPs 在母鼠和胎鼠中的分布进行活体成 像观察，结果显示：全部不同粒径大小的 nSPs 均在母鼠肝脏部位有富集，而只有 nSP70 在胎盘和胎鼠内有富集，直径较大的 nSP300 和 nSP1000 的无法进入胎盘；
将荧光标记的 nSPs 连续两天通过尾静脉注射入孕鼠体内（每天注射一次，每次注
射剂量为 0.8 mg），结果显示注射了 nSP70 的母鼠体重很快开始下降，且胎鼠重 量明显偏轻（比正常胎鼠的重量轻 10%），注射了直径较大 nSP300 和 nSP1000 的 母鼠和胎鼠的体重均无影响，这说明 nSP70 对母鼠和胎鼠产生了明显的毒副作用； 另外，研究人员还对 nSP70 表面用 COOH 和NH2 基团进行了化学修饰（分别得到 nSP70-C 和 nSP70-N），活体成像实验显示 nSP70-C 和 nSP70-N 也可以进入胎盘和 胎鼠内，但对母鼠和胎鼠的体重无影响，通过适当表面化学修饰的方法可以降低 nSPs 的毒性；研究人员还测试了 nano-TiO2（35 nm 粒径）以及 Fullerene（富勒烯 / C60）的相关毒理作用，结果显示 nano-TiO2 和 nSP70 一样，会对母鼠和胎鼠产 生明显毒性，而 Fullerene 则无明显毒性；借助于 IVIS Spectrum 独有的 3D 成像功 能，还可以对这些荧光标记的纳米颗粒在孕鼠和胎盘内的分布进行精确定位，对其 在脏器和胎盘中的富集进行精确定量（精确到 pmol）。
综上：小动物活体光学成像技术已广泛应用于生物学研究、疾病模型和相关的药物 研发过程。Revvity IVIS Spectrum 系统作为目前全球最先进的小动物光学活体成 像系统，不仅具备最高灵敏度的 2D 生物发光和荧光成像功能，还同时具备独有
的 3D 成像功能和透射荧光成像功能；透射荧光成像功能可以实现对深层组织和脏 器内的弱荧光信号进行成像观测；通过 3D 成像技术，可以获取 2D 成像无法获取 的重要生物学信息：信号的深度、体积、细胞数量、荧光浓度等精确定量信息， 3D 光学成像数据还可以与其它影像结果（如 CT/MRI）的数据进行融合，实现功 能学与结构学成像的完美结合；IVIS Spectrum 系统所代表的最新技术可以为各领 域研究提供非常丰富的图像和影像学数据，具有显著的适应性和必要性。
