高校大型儀器小動物活體成像系統在研究生科研和實驗教學中的運用

趙小鴿，王曉霏，楊 陽

(西安交通大學 醫學部 生物醫學研究實驗中心，陜西 西安 710061)

大型儀器在高校中的運用越來越廣泛，學校管理人員對大型儀器的管理越來越規范，使師生的合理實驗要求基本能得到滿足，盡可能使大型儀器的得到充分使用、使資源利用最大化。大型儀器小動物活體成像系統在高校研究生的科研和實驗教學中發揮著越來越重要的作用。小動物活體成像系統是高等醫學類院校常見的一種大型儀器，具有穿透一定厚度機體組織的特性，常用于腫瘤發生和轉移、生物醫學材料觀測、藥物代謝、示蹤和療效等領域。具有操作簡單、無創、連續、動態、成像直觀等特點。

1 小動物活體成像系統在教學中的運用

小動物活體成像系統隸屬于生物醫學研究實驗中心，本中心承擔醫學部全體碩士博士研究生的選修課《高級生物醫學技術》，此課程采用小班化教學，教學人數控制在15～20人，包括的實驗內容分為基礎實驗篇和高級實驗篇?；A實驗篇中包括常見的免疫組化技術，以及對免疫組化結果進行分析的圖像信號采集系統，細胞培養技術，激光共聚焦顯微鏡、流式細胞儀的使用、Western Blot、 Real-Time PCR等。高級實驗篇包括小動物活體成像系統、染色質免疫共沉淀(Chip)、DNA甲基化分析、CRISP/CAS9基因編輯系統等。其中涉及到使用大型儀器小動物活體成像系統的實驗為小動物活體成像技術原理、操作的講解及演示。在此次教學過程中，實驗動物為昆明小鼠或裸鼠，方法為實驗課前三周培養帶有熒光素酶的腫瘤細胞，前兩周皮下接種帶有熒光素酶的腫瘤細胞，繼續飼養至實驗課當天。在對活體成像系統的原理、使用方法及注意事項進行講解后，在小鼠或裸鼠腹腔內注射濃度為15 mg/mL底物熒光素鈉鹽200 μL，15min后麻醉動物觀察腫瘤的位置、大小及轉移等情況，可見如圖1所示結果。

圖1 小鼠和裸鼠注射腫瘤細胞后小動物活體成像系統檢測結果

2 小動物活體成像系統在科研中的運用

本中心小動物活體成像系統購置于2010年，同年9月份開始正式啟用。在2010年9月份后全校師生可以通過撥打實驗中心服務電話或者直接上門預約小動物活體成像系統使用。但是在此期間實驗師生預約過程耗時長，需要專門人員接待預約人員并做儀器計費管理等，同時專門接待人員還需要將預約信息及時告知小動物活體成像系統專門管理人員，這樣易造成在預約和實驗的整個過程中實驗人員和專門管理人員的溝通不暢，為實驗人員帶來不便，影響科研效率。

2018年小動物活體成像系統納入學校大型儀器設備物聯共享系統，之后有需要進行實驗的師生(實驗人員)使用前需要首先在共享系統預約、預約成功后小動物活體成像系統專門管理人員可看到預約信息，可在實驗前對實驗人員再次進行比較有針對性的技術培訓。實驗人員可以查詢所有預約信息，可以根據已預約時間合理安排自己的實驗時間。實驗人員查詢到其他實驗人員的預約時間后，可以在其他實驗人員的實驗時間提前到實驗室了解小動物活體成像系統的使用方法等。在現場實地觀察實驗操作流程，可以對實驗操作流程有更為直觀的認識，為自己實驗的順利進行預先準備，使科研順利進行。此外實驗人員可以在此平臺查詢此儀器計費等情況，合理安排科研經費的使用。此種提前預約制度可以提高大型儀器的使用效率，方便師生合理安排實驗進行科學研究。

小動物活體成像系統在科學研究中的運用范圍甚廣，最常見的如腫瘤相關研究、藥物靶向性、熒光探針靶向性及分布特征等方面的研究。田泉等對雌性小鼠分別經皮下注射(皮下移植瘤組)或尾靜脈注射(肺轉移瘤組)轉染了慢病毒載體的JAR細胞，后經小動物活體成像系統觀察JAR細胞皮下移植瘤及肺

轉移瘤形成的情況，發現在肺轉移瘤組小鼠中肺部單發或多發性實體腫塊[1]。劉凡等建立了NK92-Luc 裸鼠移植瘤模型，后在不同時間點利用小動物活體成像系統觀察腫瘤的生長動態[2]。小動物活體成像系統為腫瘤的發生發展、轉移等情況提供直觀證據。另有研究人員利用小動物活體成像系統研究新型熒光探針在動物體內的分布及敏感性等。例如將新型熒光探針經內眥靜脈快速注入小鼠體內，4 h后利用小動物活體成像系統發現，明顯的熒光信號出現在膽囊、膽囊管、左右肝管、肝總管等處。而其他位置如心、肝、胰、脾、腎、十二指腸、小腸等無熒光信號[3]。在BALB/c裸鼠右側腋窩注射人小細胞肺癌細胞懸液建立裸鼠肺癌模型，后隨機對成模的裸鼠給予尼羅紅混懸液和尼羅紅油包水納米乳，通過小動物活體成像系統分別在不同的時間點觀察這兩種不同類型示蹤劑在荷瘤小鼠中熒光強度的動態分布情況[4]。

本中心的小動物活體成像系統在研究生實驗教學中使用已持續近十年，約四百名學生對此系統進行了學習。在今后的研究生實驗教學中需要更新實驗內容，進一步拓展儀器的使用范圍，增加開放性探索性實驗，增加學生的開放性思維能力。在之后的工作中，我們應考慮將小動物活體成像系統推廣到本科生的實驗教學中，使更多的學生更早接觸到大型儀器，培養科學素養。此外，對學生關于小動物活體成像系統的培訓可采用更為方便、快捷的方式，例如制作簡單易懂的PPT、錄制簡單

的操作流程、提供經典的以及最新的參考文獻。大型儀器設備物聯共享系統的建立確實為實驗人員提供了方便，之后還可以考慮加強各大型儀器專門管理隊伍建設、設立大型儀器設備專項維護和維修基金等[5]。