高校大型儀器小動物活體成像系統(tǒng)在研究生科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

趙小鴿，王曉霏，楊 陽

(西安交通大學(xué) 醫(yī)學(xué)部 生物醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中心，陜西 西安 710061)

大型儀器在高校中的運(yùn)用越來越廣泛，學(xué)校管理人員對大型儀器的管理越來越規(guī)范，使師生的合理實(shí)驗(yàn)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(tǒng)在高校研究生的科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用。小動物活體成像系統(tǒng)是高等醫(yī)學(xué)類院校常見的一種大型儀器，具有穿透一定厚度機(jī)體組織的特性，常用于腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移、生物醫(yī)學(xué)材料觀測、藥物代謝、示蹤和療效等領(lǐng)域。具有操作簡單、無創(chuàng)、連續(xù)、動態(tài)、成像直觀等特點(diǎn)。

1 小動物活體成像系統(tǒng)在教學(xué)中的運(yùn)用

小動物活體成像系統(tǒng)隸屬于生物醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中心，本中心承擔(dān)醫(yī)學(xué)部全體碩士博士研究生的選修課《高級生物醫(yī)學(xué)技術(shù)》，此課程采用小班化教學(xué)，教學(xué)人數(shù)控制在15～20人，包括的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)篇和高級實(shí)驗(yàn)篇?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)篇中包括常見的免疫組化技術(shù)，以及對免疫組化結(jié)果進(jìn)行分析的圖像信號采集系統(tǒng)，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，激光共聚焦顯微鏡、流式細(xì)胞儀的使用、Western Blot、 Real-Time PCR等。高級實(shí)驗(yàn)篇包括小動物活體成像系統(tǒng)、染色質(zhì)免疫共沉淀(Chip)、DNA甲基化分析、CRISP/CAS9基因編輯系統(tǒng)等。其中涉及到使用大型儀器小動物活體成像系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)為小動物活體成像技術(shù)原理、操作的講解及演示。在此次教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)動物為昆明小鼠或裸鼠，方法為實(shí)驗(yàn)課前三周培養(yǎng)帶有熒光素酶的腫瘤細(xì)胞，前兩周皮下接種帶有熒光素酶的腫瘤細(xì)胞，繼續(xù)飼養(yǎng)至實(shí)驗(yàn)課當(dāng)天。在對活體成像系統(tǒng)的原理、使用方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行講解后，在小鼠或裸鼠腹腔內(nèi)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(zhuǎn)移等情況，可見如圖1所示結(jié)果。

圖1 小鼠和裸鼠注射腫瘤細(xì)胞后小動物活體成像系統(tǒng)檢測結(jié)果

2 小動物活體成像系統(tǒng)在科研中的運(yùn)用

本中心小動物活體成像系統(tǒng)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?qū)嶒?yàn)中心服務(wù)電話或者直接上門預(yù)約小動物活體成像系統(tǒng)使用。但是在此期間實(shí)驗(yàn)師生預(yù)約過程耗時長，需要專門人員接待預(yù)約人員并做儀器計(jì)費(fèi)管理等，同時專門接待人員還需要將預(yù)約信息及時告知小動物活體成像系統(tǒng)專門管理人員，這樣易造成在預(yù)約和實(shí)驗(yàn)的整個過程中實(shí)驗(yàn)人員和專門管理人員的溝通不暢，為實(shí)驗(yàn)人員帶來不便，影響科研效率。

2018年小動物活體成像系統(tǒng)納入學(xué)校大型儀器設(shè)備物聯(lián)共享系統(tǒng)，之后有需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的師生(實(shí)驗(yàn)人員)使用前需要首先在共享系統(tǒng)預(yù)約、預(yù)約成功后小動物活體成像系統(tǒng)專門管理人員可看到預(yù)約信息，可在實(shí)驗(yàn)前對實(shí)驗(yàn)人員再次進(jìn)行比較有針對性的技術(shù)培訓(xùn)。實(shí)驗(yàn)人員可以查詢所有預(yù)約信息，可以根據(jù)已預(yù)約時間合理安排自己的實(shí)驗(yàn)時間。實(shí)驗(yàn)人員查詢到其他實(shí)驗(yàn)人員的預(yù)約時間后，可以在其他實(shí)驗(yàn)人員的實(shí)驗(yàn)時間提前到實(shí)驗(yàn)室了解小動物活體成像系統(tǒng)的使用方法等。在現(xiàn)場實(shí)地觀察實(shí)驗(yàn)操作流程，可以對實(shí)驗(yàn)操作流程有更為直觀的認(rèn)識，為自己實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行預(yù)先準(zhǔn)備，使科研順利進(jìn)行。此外實(shí)驗(yàn)人員可以在此平臺查詢此儀器計(jì)費(fèi)等情況，合理安排科研經(jīng)費(fèi)的使用。此種提前預(yù)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)研究。

小動物活體成像系統(tǒng)在科學(xué)研究中的運(yùn)用范圍甚廣，最常見的如腫瘤相關(guān)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(jīng)皮下注射(皮下移植瘤組)或尾靜脈注射(肺轉(zhuǎn)移瘤組)轉(zhuǎn)染了慢病毒載體的JAR細(xì)胞，后經(jīng)小動物活體成像系統(tǒng)觀察JAR細(xì)胞皮下移植瘤及肺

轉(zhuǎn)移瘤形成的情況，發(fā)現(xiàn)在肺轉(zhuǎn)移瘤組小鼠中肺部單發(fā)或多發(fā)性實(shí)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(diǎn)利用小動物活體成像系統(tǒng)觀察腫瘤的生長動態(tài)[2]。小動物活體成像系統(tǒng)為腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移等情況提供直觀證據(jù)。另有研究人員利用小動物活體成像系統(tǒng)研究新型熒光探針在動物體內(nèi)的分布及敏感性等。例如將新型熒光探針經(jīng)內(nèi)眥靜脈快速注入小鼠體內(nèi)，4 h后利用小動物活體成像系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，明顯的熒光信號出現(xiàn)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(cè)腋窩注射人小細(xì)胞肺癌細(xì)胞懸液建立裸鼠肺癌模型，后隨機(jī)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(tǒng)分別在不同的時間點(diǎn)觀察這兩種不同類型示蹤劑在荷瘤小鼠中熒光強(qiáng)度的動態(tài)分布情況[4]。

本中心的小動物活體成像系統(tǒng)在研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用已持續(xù)近十年，約四百名學(xué)生對此系統(tǒng)進(jìn)行了學(xué)習(xí)。在今后的研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)一步拓展儀器的使用范圍，增加開放性探索性實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的開放性思維能力。在之后的工作中，我們應(yīng)考慮將小動物活體成像系統(tǒng)推廣到本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使更多的學(xué)生更早接觸到大型儀器，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。此外，對學(xué)生關(guān)于小動物活體成像系統(tǒng)的培訓(xùn)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(jīng)典的以及最新的參考文獻(xiàn)。大型儀器設(shè)備物聯(lián)共享系統(tǒng)的建立確實(shí)為實(shí)驗(yàn)人員提供了方便，之后還可以考慮加強(qiáng)各大型儀器專門管理隊(duì)伍建設(shè)、設(shè)立大型儀器設(shè)備專項(xiàng)維護(hù)和維修基金等[5]。