هل تريد التحكم في نمو الورم في الفئران العارية في الوقت الحقيقي؟ هل تريد معرفة مكان استعمار الخلايا في الفئران؟ هل تريد معرفة تأثير العلاج الدوائي على الأورام في الجسم الحييمكن تحقيق ذلك من خلال تثبيت جهاز تعقب على الخلية، مما يسمح لك بالتحكم في موقع وعدد الخلايا في أي وقت. هذه التقنية هي تقنية "الكشف" عن طريق التصوير داخل الجسم الحي. فما هي تقنية التصوير داخل الجسم الحي؟

1. ما هي تقنية التصوير الحيوي؟
2. خصائص التصوير باللوسيفيراز
3. اتجاه تطبيق التصوير باللوسيفيراز
4. مشاركة الأمثلة التجريبية
5. الأسئلة الشائعة
6. معلومات المنتج
7. فيما يتعلق بالقراءة

1. ما هي تقنية التصوير الحيوي؟

في وقت مبكر يعود إلى عام 1999، اقترح الدكتور فايسليدر من جامعة هارفارد في الولايات المتحدة مفهوم التصوير الجزيئي، أي استخدام أساليب التصوير لإجراء أبحاث نوعية وكمية على العمليات البيولوجية في الجسم الحي على المستويين الخلوي والجزيئي. يعتمد التصوير في الجسم الحي على التصوير الجزيئي. ومن خلال نظام التصوير هذا، يمكن ملاحظة العمليات البيولوجية مثل نمو الورم ونقائله، وتطور الأمراض المعدية، والتعبير عن جينات معينة في الحيوانات الحية.

في الجسم الحي، يعتمد التصوير الضوئي للحيوانات الحية بشكل أساسي على تقنيتين: التلألؤ الحيوي والفلورسنت. التلألؤ الحيوي هو جين لوسيفيراز لتمييز الخلايا أو الحمض النووي، بينما تستخدم تقنية الفلورسنت جينات المراسل الفلورسنت مثل البروتين الفلوري الأخضر والبروتين الفلوري الأحمر والفلورسنت مثل FITC وCy5 وCy7. العناصر والنقاط الكمومية (QD) للوسم. يدمج التلألؤ الحيوي للثدييات بشكل عام جين لوسيفيراز اليراع (المكون من 554 نوكليوتيد، حوالي 50KD)، أي جين لوسيفيراز، في الحمض النووي الكروموسومي للخلية المراقبة المتوقعة للتعبير عن لوسيفيراز. ثم قم بزراعة سلالة خلوية يمكنها التعبير عن لوسيفيراز بشكل ثابت، وعندما تنقسم الخلايا وتتمايز وتنتقل، سيستمر لوسيفيراز أيضًا في التعبير بشكل ثابت. يمكن وسم الجينات والخلايا والحيوانات الحية بجين لوسيفيراز. إن إنزيم لوسيفيراز هو نوع من الإنزيمات التي يمكنها تحفيز الركائز لإنتاج التلألؤ الحيوي. إن إنزيم لوسيفيراز من مصادر مختلفة له خصائصه ويمكنه تحفيز الركائز لإصدار ألوان مختلفة من الضوء. من بينها، إنزيم لوسيفيراز اليراعات لديه حساسية عالية ونطاق خطي واسع من 7 إلى 8 أوامر من حيث الحجم. لقد أصبح جين المراسل الخلوي الأكثر استخدامًا في الثدييات. تم نقل بلازميد مراسل لوسيفيراز إلى الخلايا، وتمت إضافة لوسيفيرين ركيزته لاحتضان الخلايا. في وجود ATP، يتم إنتاج الأكسجين.₂، وأيونات المغنيسيوم، يمكن للوسيفيراز أن يؤكسد ركيزة اللوسيفيرين لإنتاج تفاعل الضوء المرئي. تحقيق "تثبيت "متعقب" لمرة واحدة، والتتبع والكشف في أي وقت". بالإضافة إلى إنزيم لوسيفيراز اليراعات، يُستخدم إنزيم لوسيفيراز رينيلا أحيانًا. وتختلف ركائز كل منهما، فركيزة الأولى هي دي-لوسيفيرين، وركيزة الثانية هي كولينترازين. وتختلف أطوال الموجات الضوئية المنبعثة من كل منهما، حيث يتراوح نطاق الطول الموجي للضوء المنبعث من الأولى بين 540-600 نانومتر، ونطاق الطول الموجي للضوء المنبعث من الثانية بين 460-540 نانومتر. ويمر الضوء المنبعث من الأولى بسهولة عبر الأنسجة، بينما يتم استقلاب الثانية بشكل أسرع في الجسم، كما أن خصوصيتها ليست بنفس جودة الأولى. لذلك، لا تستخدم معظم التجارب الحية إنزيم لوسيفيراز اليراعات كجين مراسل.

الشكل 1.تحديد موقع الخلايا المصبوغة باللوسيفيراز

المبدأ البصري للتلألؤ الحيوي: الضوء سوف يتشتت ويمتص عند انتشاره في أنسجة الثدييات، وسوف تنكسر الفوتونات عند مواجهة غشاء الخلية والسيتوبلازم، وأنواع مختلفة من الخلايا والأنسجة لها خصائص مختلفة لامتصاص الفوتونات. الهيموجلوبين هو السبب الرئيسي لامتصاص الضوء المرئي في الجسم ويمكنه امتصاص معظم النطاق الأزرق والأخضر من الضوء المرئي. ولكن في النطاق الأحمر من الضوء المرئي أكبر من 600 نانومتر، يكون امتصاص الهيموجلوبين صغيرًا جدًا. لذلك، يمكن أن تمر كمية كبيرة من الضوء عبر الأنسجة والجلد ليتم اكتشافها في المنطقة المحمرّة. يمكن اكتشاف بضع مئات على الأقل من الخلايا تحت الجلد باستخدام تقنية التصوير الحيوي للحيوانات الحية. ومع ذلك، اعتمادًا على عمق مصدر الضوء في الفأر، يختلف الحد الأدنى لعدد الخلايا التي يمكن رؤيتها. بشكل عام، لكل زيادة قدرها 1 سم، تضعف شدة الضوء بمقدار 10 مرات، ويكون التوهين أكثر للأنسجة والأعضاء الغنية بالدم، وأقل توهينًا للأنسجة والأعضاء المجاورة للعظام. في حالة نفس العمق، فإن شدة الضوء المكتشفة لها علاقة خطية كبيرة مع عدد الخلايا، ويمكن تحديد شدة الضوء المكتشفة بواسطة الجهاز لتعكس عدد الخلايا.

الشكل 2. مبدأ التوهج لتفاعل لوسيفيراز وملح البوتاسيوم لوسيفيرين

تختلف تقنية الفلورسنت عن التلألؤ الحيوي، حيث تستخدم جينات المراسل الفلورية أو الأصباغ الفلورية (بما في ذلك مواد الوسم النانوية الجديدة مثل النقاط الكمومية الفلورية) للوسم. باستخدام الفلورسنت من الجينات المراسل، أو البروتينات الفلورية، أو الأصباغ، يمكن إنشاء مصدر ضوء بيولوجي في الجسم الحي. التلألؤ الحيوي هو فلوري ذاتي في الحيوانات دون مصدر ضوء إثارة، في حين يتطلب الفلورسنت إثارة بواسطة مصدر ضوء إثارة خارجي قبل أن يتمكن نظام التصوير من اكتشافه. تُستخدم العلامات الفلورية على نطاق واسع، بما في ذلك الحيوانات والخلايا والكائنات الحية الدقيقة والأجسام المضادة والأدوية والمواد النانوية وما إلى ذلك.

2. خصائص التصوير باللوسيفيراز

◎ لا يوجد إشعاع، وغير ضار تقريبًا بالكائنات الحية.

◎ التلألؤ الحيوي بدون مصدر ضوء مثير.

◎ حساسية عالية، ويمكن اكتشاف مئات الخلايا.

◎ قابلية اختراق جيدة، ولا يزال من الممكن اكتشاف عمق الأنسجة 3-4 سم.

◎ نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية، وإشارة فلورية قوية، ومقاومة جيدة للتداخل.

3. اتجاه تطبيق التصوير باللوسيفيراز

3.1 نمو الورم

وفي تجربة نشوء الورم في الفئران العارية، تمت ملاحظة نمو الورم في الوقت الحقيقي دون غزو، ولم تكن هناك حاجة لتجريد الورم من أجل القياس.

3.2 أدوية الأورام

تم الكشف عن تأثير الإدارة على نمو الورم أو النقائل، وتم التخلص من ركيزة الفلوريسين في غضون 3 ساعات، دون التدخل في تجربة الدواء.

3.3 تحديد موقع الخلية

تم الكشف عن توطين وتوزيع الخلايا الغريبة في الحيوانات.

3.4 تنظيم التعبير الجيني

تم دمج الجين المستهدف أو مروج الجين المستهدف مع جين لوسيفيراز للكشف عن تغييرات التعبير الجيني أثناء العلاج الدوائي أو مسار المرض.

3.5 أبحاث الخلايا الجذعية

مراقبة عملية زرع الخلايا الجذعية وبقائها وانتشارها؛ وتتبع توزيع الخلايا الجذعية وهجرتها في الجسم الحي.

4. التجربة مثال مشاركة

الشكل 3. في الجسم الحي الكشف التصويري عن التأثير العلاجي لـ CAR-MUC1 T/CAR-MUC1-IL22 الخلايا التائية عند تكوين الورم عن طريق الحقن تحت الجلد لخلايا HN4 في الفئران^[1].

الشكل 4. بعد حقن خلايا HUC-MSCs في العضلات الهيكلية للفأر، تم اكتشاف موقع الخلايا بواسطة في الجسم الحي التصوير (مُشار إليه بالسهم الأحمر)^[2].

الشكل 5. القدرة على في الجسم الحي التصوير للكشف عن هجرة الخلايا الجذعية المتوسطة (MSC) إلى مواقع الحرق. تم حقن الخلايا الجذعية المتوسطة (MSC/FLuc) عن طريق الوريد في نموذج حرق الظهر للفأر. بعد أربعة أيام من الحقن، ظهرت إشارات التلألؤ الحيوي في موقع الإصابة بجرح الحرق، ثم انخفضت تدريجيًا (يشير السهم الأحمر إلى موقع الحرق)^[3].

5. الأسئلة الشائعة

س1: مقارنة بالتكنولوجيا التقليدية، ما هي مزايا تقنية التصوير الحيوي؟

وبالمقارنة بالتكنولوجيا التقليدية، فإن هذه التكنولوجيا أكثر حساسية من الطرق التقليدية في أبحاث نقائل الأورام والعلاج الجيني وعلم الأوبئة وتتبع الخلايا الجذعية وسرطان الدم وغيرها من الأبحاث ذات الصلة. كما يمكنها دراسة مسببات الأمراض وفحص الأدوية للأمراض ذات الصلة بسرعة وبديهية من خلال سلسلة من نماذج أمراض الحيوانات المعدلة وراثيًا.

س2: كيف يتم تسمية الخلايا الجذعية باستخدام جين لوسيفيراز؟

يمكن وسم الجينات المعبر عنها بشكل تكويني لإنتاج فئران معدلة وراثيًا، كما يتم وسم الخلايا الجذعية. يتم أخذ الخلايا الجذعية المكونة للدم من نخاع عظم الفأر وزرعها في نخاع عظم فأر آخر. يمكن استخدام هذه التقنية لتتبع تكاثر الخلايا الجذعية المكونة للدم وتمايزها وهجرتها في الجسم. هناك طريقة أخرى تتمثل في وسم الخلايا الجذعية باستخدام الفيروس العكوس.

س3: ما هي المدة المناسبة لإجراء الاختبار بعد حقن الفلوريسين، وكم من الوقت يمكن أن يستمر التوهج؟

بشكل عام، تصل إشارة الفلورسنت إلى أقوى فترة مستقرة بعد الحقن داخل الصفاق لمدة 10-15 دقيقة وتبدأ في الاضمحلال بعد 20-30 دقيقة. بعد 3 ساعات، يتم التخلص من الفلورسنت ويختفي التوهج تمامًا.

س4: كيف يتم حقن الفلوريسين في الفئران؟ ما هو الفرق بين طرق الحقن؟

يمكن حقن الفلوريسين في الفئران عن طريق الحقن داخل الصفاق أو الحقن في الوريد الذيلي. ويمكن أن ينتشر إلى الجسم كله للفئران في حوالي دقيقة واحدة. في معظم الحالات، يكون تركيز الفلوريسين 150 ملغ / كغ. بالنسبة للفئران التي يبلغ وزنها 20 جرامًا، يمكن استخدام حوالي 3 ملغ من الفلوريسين. بالنسبة للحقن داخل الصفاق، يكون الانتشار بطيئًا، والتوهج الأولي بطيئًا، ووقت التوهج المستمر طويل. بالنسبة لحقن الوريد الذيلي بالفلوريسين، فإنه ينتشر بسرعة ويبدأ في إصدار الضوء بسرعة، ولكن مدة التوهج قصيرة.

6.معلومات المنتج

Yeasen هي شركة للتكنولوجيا الحيوية تعمل في مجال البحث والتطوير والإنتاج وبيع ثلاثة من الكواشف البيولوجية الرئيسية: الجزيئات والبروتينات والخلايا. المنتجات التي تقدمها Yeasen هي كما يلي.

الجدول 1. معلومات المنتج

7. فيما يتعلق بالقراءة

جيل جديد من أنظمة الكشف عن جينات مراسل لوسيفيراز - أسهل، وأكثر حساسية، وأكثر دقة