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Revvity小動物活體光學(xué)成像技術(shù)已在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床前醫(yī)學(xué)研究及藥物研發(fā)等 領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中生殖科學(xué)研究是一個新興的熱點(diǎn)領(lǐng)域。將小動物活體光學(xué)成像 技術(shù)應(yīng)用于生殖科學(xué)研究的主要方向包括：（一）研究生殖相關(guān)的腫瘤，如卵巢癌、子宮肌 瘤等發(fā)展、轉(zhuǎn)移、內(nèi)在分子生物學(xué)機(jī)制和藥物治療方法；（二）研究生殖相關(guān)的干細(xì)胞， 如乳腺干細(xì)胞、精原干細(xì)胞等移植后的存活能力和在體示蹤情況；（三）研究生殖相關(guān)的 移植和排異：如卵巢組織異體移植和存活，或不同冷凍和復(fù)蘇方法對卵巢組織移植存活的 影響；（四）研究藥物、材料、食物、環(huán)境等對懷孕母體和胎兒的影響以及相關(guān)的毒理學(xué) 評價。下面結(jié)合一些實例對相關(guān)研究方向和具體方法進(jìn)行闡述：

（一）生殖相關(guān)腫瘤研究

卵巢惡性腫瘤是女性生殖器官常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病率僅次于子宮頸癌和子宮體 癌而列居第三位。但卵巢上皮癌死亡率卻占各類婦科腫瘤的，對女性生命造成了嚴(yán)重 威脅，例如 2011年僅美國就有約 21,880 位女性被診斷出卵巢癌，因此，卵巢癌的早期檢 測和靶向藥物研究意義重大。Wu 等利用小動物活體光學(xué)成像技術(shù)研究了功能性多肽引導(dǎo) 的藥物包裹脂質(zhì)體（Liposome）對卵巢癌的靶向作用：卵巢癌細(xì)胞能高表達(dá)轉(zhuǎn)鐵蛋白 （Transferrin receptor，TfR）受體，近年發(fā)現(xiàn)的一種新型靶向轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的 T7 肽 （HAIYPRH），對轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的親和性與轉(zhuǎn)鐵蛋白相當(dāng)，且 T7肽在轉(zhuǎn)鐵蛋白受體上的 結(jié)合位點(diǎn)與轉(zhuǎn)鐵蛋白不同，不會與轉(zhuǎn)鐵蛋白競爭抑制且不影響轉(zhuǎn)鐵蛋白本身的生理功能， 此外 T7 肽是小分子多肽，具有可化學(xué)合成、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，作為靶頭其空間位阻小， 臨床應(yīng)用前景好；研究人員在包裹紫杉醇（PTX）的脂質(zhì)體上錨定 T7 肽，再通過近紅外 熒光染料 DiR 標(biāo)記脂質(zhì)體，尾靜脈注射上述脂質(zhì)體到卵巢癌荷瘤模型小鼠內(nèi)，未錨定 T7 肽的相應(yīng)脂質(zhì)體為對照注射組，通過 IVIS 系統(tǒng)的熒光成像功能，可以對脂質(zhì)體在小鼠體 內(nèi)的分布和對腫瘤的靶向富集能力進(jìn)行實時監(jiān)測，結(jié)果顯示：相對于對照組，錨定有 T7 肽靶頭的脂質(zhì)體在卵巢癌腫瘤部位能更顯著地富集。

子宮肌瘤（Uterine Fibroids）是女性生殖器官中最常見的一種良性腫瘤，也是人體最 常見的腫瘤之一，盡管子宮肌瘤很少惡化，但其往往伴隨著各種并發(fā)癥，在美國每年有超 過 200,000 人因為子宮肌瘤而將子宮切除，子宮肌瘤主要是由子宮平滑肌細(xì)胞增生而成。 血小板衍生生長因子（Platelet-Derived Growth Factor，PDGF）在細(xì)胞增殖，存活，遷移， 血管生成，組織重構(gòu)和器官發(fā)生中發(fā)揮著重要作用，研究顯示子宮肌瘤處的血小板衍生生 長因子C（PDGFC）的表達(dá)量比周邊正常的子宮肌層組織高約80%，同時，纖維源子宮平 滑肌細(xì)胞（fSMCs）中的 PDGFC 表達(dá)量也高于肌源子宮平滑肌細(xì)胞（mSMCs）。Suo 等 利用小動物活體光學(xué)成像技術(shù)對PDGFC作用于fSMCs的效果進(jìn)行了研究：研究人員通過 慢病毒介導(dǎo)的方式將螢火蟲熒光素酶報告基因（luc）導(dǎo)入 fSMCs 細(xì)胞內(nèi)，將發(fā)光 fSMCs 細(xì)胞分別混入添加了重組型 PDGFCC二聚體和未添加 PDGFCC的基質(zhì)膠（Matrigel plugs） 中，上述細(xì)胞-基質(zhì)膠混合物再分別植于免疫缺陷小鼠背部皮下的兩側(cè)，之后通過 IVIS 系 統(tǒng)對 fSMCs 細(xì)胞在小鼠體內(nèi)的增殖和存活進(jìn)行長時程的連續(xù)觀測，結(jié)果顯示對于未添加 PDGFCC 的 fSMCs 細(xì)胞，發(fā)光信號在經(jīng)過第一天信號增強(qiáng)后迅速下降，對于添加 PDGFCC 的 fSMCs 細(xì)胞，其發(fā)光信號在最初并未顯著增強(qiáng)，但在隨后 7天內(nèi)，發(fā)光信號 下降的速度相對非常緩慢。此外，研究人員還對fSMCs的PDGFRA (PDGFCC的受體蛋白) 基因效用進(jìn)行了研究：通過慢病毒構(gòu)建發(fā)光fSMCs細(xì)胞后，利用shRNA對發(fā)光fSMCs細(xì) 胞進(jìn)行干擾，使得 PDGFRA 基因被 Knock-down，將正常發(fā)光 fSMCs 與 PDGFRA 基因 Knock-down 的發(fā)光 fSMCs 分別混于基質(zhì)膠后植于免疫缺陷小鼠背部皮下的兩側(cè)，IVIS系 統(tǒng)成像結(jié)果顯示 PDGFRA基因 Knock-down 的 fSMCs 細(xì)胞增殖能力和存活能力弱于正常fSMCs 細(xì)胞。綜上，PDGFCC/PDGFRA 信號通路對纖維源子宮平滑肌細(xì)胞的增殖過程起 著重要作用，利用 IVIS 小動物活體光學(xué)成像系統(tǒng)可以為子宮肌瘤的相關(guān)研究發(fā)揮積極的 作用。

（二）生殖相關(guān)干細(xì)胞研究

乳腺干細(xì)胞（Mammary stem cells，MaSCs）在乳腺發(fā)育尤其是孕期乳腺的發(fā)育過程 中發(fā)揮重要作用，Tiede等利用流式細(xì)胞儀從 FVB/N生物發(fā)光轉(zhuǎn)基因小鼠的乳腺組織中篩 選出表達(dá) luciferase 的乳腺干細(xì)胞（CD24+/CD29hi/GFP+/強(qiáng)生物發(fā)光信號），將這些發(fā)光乳 腺干細(xì)胞植入 3 周齡雌性小鼠乳腺（預(yù)先清除了乳腺內(nèi)源上皮細(xì)胞）中，之后利用 IVIS 活體成像系統(tǒng)對乳腺干細(xì)胞在植入后、受孕后（乳腺干細(xì)胞植入后 2~3周時刻人工誘導(dǎo)受 孕）、幼崽出生后、哺乳期、斷奶后的活躍度進(jìn)行實時監(jiān)測和定量比較；生物發(fā)光活體成 像（In vivo BLI）的結(jié)果顯示：乳腺干細(xì)胞的活躍度（生物發(fā)光強(qiáng)度）在小鼠懷孕后迅速 提升了約 200倍，在幼崽出生后活躍度又迅速下降，最終活躍度下降到一個與斷奶期持平 的基線水平；另外，乳腺干細(xì)胞的活躍度與母鼠是否哺乳幼崽直接相關(guān)，如果將剛出生的 幼崽立即從母鼠身邊取走，該不哺乳母鼠體內(nèi)的乳腺干細(xì)胞活躍度將比哺乳母鼠更快地下 降到一個更低水平。該研究將為研究乳腺的發(fā)育和預(yù)防乳腺癌發(fā)揮積極作用。

在哺乳動物妊娠期間，母體和胎兒之間會交換 DNA 和細(xì)胞，被交換的細(xì)胞在母體內(nèi) 仍可能會繼續(xù)分裂并在母體血液和骨髓中駐留數(shù)十年，這種現(xiàn)象被稱為胎兒微嵌合體 （Fetal microchimerism），它對母體來說好壞參半，既有利于促進(jìn)組織修復(fù)和改進(jìn)免疫系 統(tǒng)，但也會導(dǎo)致自體免疫反應(yīng)。利用小動物活體光學(xué)成像技術(shù)，研究人員可以對進(jìn)入母體 的胎兒細(xì)胞在母體的炎癥反應(yīng)和腫瘤發(fā)展過程中發(fā)揮的作用進(jìn)行實時、無損、長時程監(jiān)測。 Huu等將 FVB/N野生型雌性小鼠與V-Luc轉(zhuǎn)基因雄性小鼠（VEGFR2基因與Luciferase基 因串聯(lián)表達(dá)，細(xì)胞發(fā)光信號受VEGFR2啟動子控制）進(jìn)行配對受孕，成功受孕后的第三周， 使用 IVIS 系統(tǒng)可以在雌鼠胎盤內(nèi)檢測到很強(qiáng)的胎鼠生物發(fā)光信號；利用惡唑酮 （Oxazolone）在孕鼠的右耳誘發(fā)接觸性超敏反應(yīng)（CHS），CHS 反應(yīng)后第二天在小鼠右 耳病癥部位檢測到明顯的發(fā)光信號，而正常左耳無發(fā)光信號，這表明胎鼠中表達(dá) VEGFR2 的細(xì)胞已進(jìn)入了母體內(nèi)，并在相應(yīng)炎癥部位的血管新生過程中發(fā)揮作用；將小鼠耳朵取下 進(jìn)行離體生物發(fā)光成像觀察，結(jié)論也與活體成像結(jié)果一致。

基于同樣原理，Dubernard 等研究了胎兒微嵌合體對母鼠孕期乳腺癌的作用：研究人 員將一種通過懷孕可誘發(fā)乳腺癌的 MMTV-H-Ras 雌性小鼠與 V-Luc 轉(zhuǎn)基因雄性小鼠 （VEGFR2 基因與 Luciferase 基因串聯(lián)表達(dá)，發(fā)光細(xì)胞為血管內(nèi)皮細(xì)胞源，表達(dá) VEGFR2 蛋白）進(jìn)行配對受孕，成功受孕后的部分母鼠罹患乳腺癌，使用 IVIS 系統(tǒng)檢測到受孕后 第 13 天時刻，雌鼠子宮內(nèi)的胎鼠表達(dá)出強(qiáng)烈的生物發(fā)光信號，但在乳腺癌腫瘤部位并沒 有檢測到發(fā)光信號，為避免組織的光吸收干擾，研究人員將腫瘤和肝臟取出進(jìn)行離體生物 發(fā)光成像觀察，同樣顯示腫瘤部位沒有發(fā)光信號；但是，通過 FISH 實驗和免疫組化實驗， 研究人員在腫瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)了表達(dá) Cytokeratin（角蛋白）的胎鼠細(xì)胞；以上結(jié)果顯示：表達(dá)角 蛋白的上皮細(xì)胞源胎鼠細(xì)胞在母鼠孕期乳腺癌腫瘤部位有所富集并發(fā)揮一定作用，而血管 內(nèi)皮細(xì)胞源的胎鼠細(xì)胞在相應(yīng)母鼠腫瘤部位并不發(fā)揮作用。

（三）生殖相關(guān)移植研究

隨著癌癥發(fā)病低齡化現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，越來越多年輕女性在沒有生育前就必須接受各 種放療或化療的抗腫瘤治療，然而卵巢對放化療藥物相當(dāng)敏感，在治療腫瘤的同時卵巢可 能發(fā)生不可逆損傷，甚至導(dǎo)致卵巢早衰，喪失生殖和內(nèi)分泌功能。因此，對這些患者的卵 巢組織進(jìn)行冷凍保存，在適當(dāng)時候（如腫瘤治愈后）再植回體內(nèi)（自體或異體），可在一 定程度上恢復(fù)其生殖及內(nèi)分泌能力，改善其生活質(zhì)量；目前，如何對卵巢組織移植后的活 力、異體移植免疫排斥、不同冷凍方式的效果等進(jìn)行評價成為研究熱點(diǎn)，小動物活體光學(xué) 成像技術(shù)由于其直觀性、靈敏度高、無損、可連續(xù)長期監(jiān)測等優(yōu)勢，已被廣泛應(yīng)用于該領(lǐng) 域的相關(guān)研究中。Chen等使用 IVIS 系統(tǒng)對卵巢組織在同系移植（Isograft，指遺傳基因相同的異體間移植，例如同卵雙生間移植和同種純系動物間的移植）和同種移植 （Allograft，又稱同種異體移植，是指同種不同基因型個體之間的移植）后的活力進(jìn)行了 評價研究：研究人員從FVB/N-Tg(PolII–Luc)小鼠（RNA 聚合酶 II 基因與螢火蟲熒光素酶 基因串聯(lián)表達(dá)的全身生物發(fā)光轉(zhuǎn)基因小鼠）體內(nèi)提取發(fā)光標(biāo)記的卵巢組織，之后將卵巢組 織分別移植入預(yù)先切除雙側(cè)卵巢組織的同系 FVB 小鼠（包括 CsA 處理組和非處理組；CsA：Ciclosporin A / 環(huán)孢菌素 A，是一種常用的免疫抑制劑，可用于一些免疫性疾病的治 療）、同種（異系）BALB/c小鼠（包括 CsA處理組和非處理組）和免疫缺陷NOD SCID 小鼠的單側(cè)腎小囊內(nèi)，然后使用 IVIS 系統(tǒng)對移植卵巢組織的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行長時間連續(xù)監(jiān) 測，通過發(fā)光強(qiáng)度的變化來評價移植后卵巢組織的活力；結(jié)果顯示：同系 FVB 小鼠體內(nèi) 的卵巢組織活力要優(yōu)于同種BALB/c小鼠體內(nèi)的卵巢組織活力， NOD SCID小鼠由于缺乏 免疫力，其移植后的卵巢存活力也與同系 FVB小鼠相當(dāng)，而 CsA處理（治療）對于同種 移植過程中的急性免疫排斥無明顯改善作用。

Chen 等還在另一項研究中比較了新鮮卵巢組織和慢速冷凍復(fù)蘇后卵巢組織在同系移 植后活力的差別：先從 FVB/N-Tg(PolII–Luc)小鼠體內(nèi)提取發(fā)光標(biāo)記的卵巢組織，之后將 卵巢組織進(jìn)行程序化慢速冷凍，再次復(fù)蘇后植入同系 FVB/N 野生型小鼠的背部肌肉下， 另一組 FVB/N 野生型對照小鼠背部肌肉下植入新鮮未被凍融的發(fā)光卵巢組織，之后使用 IVIS 系統(tǒng)比較兩組小鼠體內(nèi)卵巢組織的發(fā)光強(qiáng)度，結(jié)果顯示：經(jīng)過慢速冷凍/復(fù)蘇的卵巢 組織的發(fā)光強(qiáng)度（活力）要顯著低于新鮮卵巢組織，即卵巢組織在慢速冷凍過程中的冷凍 損傷和缺血會影響其移植后的活力。

（四）生殖相關(guān)毒理學(xué)研究

納米硅顆粒（nSPs），二氧化鈦納米顆粒（nano-TiO2）和碳納米管（carbon nanotubes） 等納米材料如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、化妝品制造和藥物遞呈研究中，尤其是nSPs， 由于其親水性強(qiáng)，易合成并且表面容易修飾，常被用作化妝品和食物中的添加劑。但這些 納米材料也具有潛在的生物學(xué)毒性，例如碳納米管可像石棉一樣誘發(fā)小鼠體內(nèi)間皮瘤樣病 變，nSPs可誘發(fā)小鼠嚴(yán)重肝損傷和炎癥反應(yīng)。胎兒與成人相比，其對環(huán)境中的有毒物質(zhì)更 加敏感，來自空氣、水體和食物中的化學(xué)有毒物質(zhì)可誘發(fā)妊娠并發(fā)癥，因此，研究這些常 見納米材料的母體/胎兒毒理學(xué)作用，對防治復(fù)發(fā)性流產(chǎn)、胎兒宮內(nèi)生長異常等意義重大， 小動物活體光學(xué)成像技術(shù)由于其無損、直觀、可長時程連續(xù)觀測等優(yōu)勢，在該領(lǐng)域的研究 中發(fā)揮著越來越重要的作用。Yamashita 等使用 IVIS 系統(tǒng)研究了不同粒徑大小的納米材料 對胎鼠的富集和毒理學(xué)作用。研究人員將不同粒徑（直徑 70 nm、300 nm、1000 nm）的 nSPs 用 DY-676進(jìn)行熒光標(biāo)記，標(biāo)記后的 nSPs通過尾靜脈注射入懷孕16天的孕鼠體內(nèi)， 注射后24 h時刻使用IVIS系統(tǒng)對nSPs在母鼠和胎鼠中的分布進(jìn)行活體成像觀察，結(jié)果顯 示：全部不同粒徑大小的 nSPs 均在母鼠肝臟部位有富集，而只有 nSP70 在胎盤和胎鼠內(nèi)有富集，直徑較大的nSP300和nSP1000的無法進(jìn)入胎盤；將熒光標(biāo)記的nSPs連續(xù)兩天通 過尾靜脈注射入孕鼠體內(nèi)（每天注射一次，每次注射劑量為 0.8 mg），結(jié)果顯示注射了 nSP70 的母鼠體重很快開始下降，且胎鼠重量明顯偏輕（比正常胎鼠的重量輕 10%），注 射了直徑較大nSP300和 nSP1000的母鼠和胎鼠的體重均無影響，這說明 nSP70對母鼠和 胎鼠產(chǎn)生了明顯的毒副作用；另外，研究人員還對 nSP70表面用 COOH和 NH2基團(tuán)進(jìn)行 了化學(xué)修飾（分別得到nSP70-C和 nSP70-N），活體成像實驗顯示nSP70-C和 nSP70-N也 可以進(jìn)入胎盤和胎鼠內(nèi)，但對母鼠和胎鼠的體重?zé)o影響，通過適當(dāng)表面化學(xué)修飾的方法可 以降低nSPs的毒性；研究人員還測試了nano-TiO2（35 nm粒徑）以及Fullerene（富勒烯 / C60）的相關(guān)毒理作用，結(jié)果顯示 nano-TiO2和 nSP70 一樣，會對母鼠和胎鼠產(chǎn)生明顯毒 性，而Fullerene則無明顯毒性。