在腫瘤基礎(chǔ)機制探索與臨床前藥物研發(fā)中，小動物模型（如小鼠、大鼠）是連接細(xì)胞實驗與人體臨床研究的關(guān)鍵橋梁。傳統(tǒng)腫瘤研究依賴病理切片、組織勻漿等侵入性手段，需處死動物才能獲取數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)對同一模型的長期動態(tài)追蹤，且難以反映腫瘤在活體微環(huán)境中的真實生長、轉(zhuǎn)移及藥物響應(yīng)過程。小動物活體成像技術(shù)的出現(xiàn)，以 “無創(chuàng)、實時、多維度” 為核心優(yōu)勢，打破了這一局限，可在活體狀態(tài)下監(jiān)測腫瘤的形態(tài)、活性、代謝及微環(huán)境變化，成為推動腫瘤研究向精準(zhǔn)化、動態(tài)化發(fā)展的核心技術(shù)支撐。

主流小動物活體成像技術(shù)及腫瘤研究應(yīng)用

當(dāng)前腫瘤研究中，小動物活體成像技術(shù)已形成多技術(shù)協(xié)同的體系，不同技術(shù)基于原理差異，適用于不同研究場景，共同覆蓋腫瘤研究的全流程需求。

生物發(fā)光成像：高靈敏度的腫瘤活性追蹤工具

生物發(fā)光成像依托 “酶促發(fā)光” 原理，通過向小動物體內(nèi)導(dǎo)入表達熒光素酶（如螢火蟲熒光素酶、海腎熒光素酶）的腫瘤細(xì)胞或病毒載體，當(dāng)注射熒光素底物后，底物在熒光素酶催化下發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放波長 400-700nm 的可見光。該技術(shù)無需外源激發(fā)光，幾乎無組織自體熒光干擾，靈敏度極高，可檢測到體內(nèi)少至 10 個腫瘤細(xì)胞的微小病灶。

在腫瘤研究中，其核心應(yīng)用集中于腫瘤轉(zhuǎn)移追蹤與微小病灶監(jiān)測。例如，構(gòu)建穩(wěn)定表達熒光素酶的肺癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移模型后，通過生物發(fā)光成像可每周無創(chuàng)監(jiān)測小鼠肺部轉(zhuǎn)移灶的形成過程 —— 早期（接種后 1-2 周）即可捕捉到肺部微弱的發(fā)光信號，動態(tài)記錄轉(zhuǎn)移灶從單個細(xì)胞定植到形成肉眼可見結(jié)節(jié)的全過程，且發(fā)光強度與腫瘤細(xì)胞數(shù)量呈線性相關(guān)，可量化評估轉(zhuǎn)移效率。此外，在腫瘤干細(xì)胞研究中，該技術(shù)還能追蹤熒光素酶標(biāo)記的腫瘤干細(xì)胞在體內(nèi)的定植、增殖能力，為解析腫瘤復(fù)發(fā)機制提供直接證據(jù)。

熒光成像：分子特異性的腫瘤靶向觀測手段

熒光成像通過外源激發(fā)光（如紫外光、可見光、近紅外光）照射小動物體內(nèi)的熒光探針（如熒光染料、量子點、熒光蛋白），探針吸收能量后發(fā)射特定波長的熒光，通過檢測熒光信號實現(xiàn)腫瘤定位。相比生物發(fā)光，熒光成像無需基因改造，可通過選擇靶向腫瘤標(biāo)志物（如 EGFR、CD44）的熒光探針，實現(xiàn)對天然腫瘤模型的特異性成像。

近紅外光（700-900nm）熒光成像是當(dāng)前腫瘤研究的主流選擇，因該波段光在組織中散射與吸收較弱，穿透深度可達數(shù)毫米，能清晰觀測皮下及淺層器官（如乳腺、肝臟）的腫瘤。例如，在乳腺癌原位模型研究中，將靶向 HER2 的近紅外熒光探針注射到小鼠體內(nèi)，探針與腫瘤細(xì)胞表面的 HER2 特異性結(jié)合，通過熒光成像可清晰區(qū)分腫瘤組織與正常乳腺組織，實時監(jiān)測腫瘤體積變化；同時，通過分析熒光信號強度，可量化腫瘤細(xì)胞表面 HER2 的表達水平，為靶向藥物（如曲妥珠單抗）的療效評估提供分子層面的依據(jù)。

光聲成像：兼顧結(jié)構(gòu)與功能的腫瘤微環(huán)境分析技術(shù)

光聲成像融合光學(xué)分子特異性與超聲穿透性，其原理是脈沖激光照射組織時，腫瘤區(qū)域的吸收體（如血紅蛋白、靶向探針）吸收能量后升溫膨脹，產(chǎn)生超聲壓力波，通過檢測超聲信號并重建三維影像。該技術(shù)既具備光學(xué)技術(shù)的分子特異性，又擁有超聲技術(shù)的深層穿透能力（可達厘米級），且無電離輻射，可同時獲取腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)與功能信息。

在腫瘤血管生成與微環(huán)境研究中，光聲成像表現(xiàn)突出。例如，在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移模型中，通過檢測腫瘤區(qū)域血紅蛋白的光聲信號，可清晰顯示腫瘤血管的分支形態(tài)、密度分布，區(qū)分功能性血管與畸形血管；同時，通過分析氧合血紅蛋白與去氧血紅蛋白的信號比值，可量化腫瘤組織的氧飽和度，評估腫瘤缺氧程度 —— 這一功能對研究腫瘤耐藥機制至關(guān)重要，因缺氧環(huán)境會導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對放化療敏感性下降，光聲成像可實時監(jiān)測缺氧區(qū)域的變化，為優(yōu)化治療方案提供參考。

微型計算機斷層掃描（Micro-CT）與微型磁共振成像（Micro-MRI）：高分辨率的腫瘤結(jié)構(gòu)成像技術(shù)

Micro-CT 基于 X 射線衰減差異成像，空間分辨率可達微米級（5-10μm），能清晰顯示腫瘤的解剖結(jié)構(gòu)、邊界及與周圍器官的毗鄰關(guān)系；Micro-MRI 則依托磁共振信號差異，軟組織對比度優(yōu)異，可區(qū)分腫瘤實質(zhì)、壞死區(qū)與水腫區(qū)，且無電離輻射，適合長期動態(tài)監(jiān)測。

兩者在腫瘤模型驗證與藥物療效評估中不可或缺。例如，在胰腺癌原位模型中，Micro-CT 可精準(zhǔn)測量腫瘤體積，評估腫瘤對周圍胰腺導(dǎo)管、血管的侵犯情況；而 Micro-MRI 能更清晰地顯示腫瘤內(nèi)部的壞死區(qū)域，通過對比治療前后壞死區(qū)的變化，判斷藥物是否有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。此外，在骨轉(zhuǎn)移模型研究中，Micro-CT 可靈敏檢測腫瘤導(dǎo)致的骨小梁破壞、骨密度降低，為抗骨轉(zhuǎn)移藥物的療效評估提供直觀的結(jié)構(gòu)證據(jù)。

技術(shù)挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

盡管小動物活體成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于腫瘤研究，仍面臨三大核心挑戰(zhàn)：一是穿透深度與分辨率的平衡 —— 熒光成像雖分子特異性強，但近紅外光穿透深度有限，難以觀測深層器官（如腦、腹腔）的腫瘤；二是運動偽影干擾 —— 小動物呼吸、心跳等生理運動易導(dǎo)致影像模糊，影響腫瘤體積測量、血管形態(tài)分析的準(zhǔn)確性；三是探針的特異性與安全性 —— 部分熒光探針存在非特異性結(jié)合、體內(nèi)代謝緩慢等問題，可能干擾實驗結(jié)果，且部分放射性探針（如用于 PET 成像的探針）存在輻射風(fēng)險，限制長期使用。

未來，技術(shù)發(fā)展將圍繞 “突破局限、強化協(xié)同” 展開：在成像性能方面，近紅外 II 區(qū)（1000-1700nm）熒光成像將成為主流，該波段光穿透深度是傳統(tǒng)近紅外光的 2-3 倍，可實現(xiàn)深層腫瘤的高分辨率成像；在運動校正方面，AI 驅(qū)動的實時圖像配準(zhǔn)算法將廣泛應(yīng)用，通過捕捉呼吸相位信號，自動抵消運動偽影，提升數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；在多技術(shù)協(xié)同方面，“光聲 - MRI”“生物發(fā)光 - Micro-CT” 等多模態(tài)成像系統(tǒng)將成為趨勢，既能獲取腫瘤的分子功能信息（如活性、缺氧），又能獲取高分辨率結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn) “功能 - 結(jié)構(gòu)” 一體化分析；在探針研發(fā)方面，智能響應(yīng)型探針（如對腫瘤酸性微環(huán)境、特定酶敏感的探針）將進一步發(fā)展，提升腫瘤靶向特異性，同時降低對正常組織的毒性。

小動物活體成像技術(shù)通過 “無創(chuàng)動態(tài)監(jiān)測”，徹底改變了腫瘤研究的范式，從 “靜態(tài)切片分析” 轉(zhuǎn)向 “動態(tài)活體追蹤”，為解析腫瘤生長轉(zhuǎn)移機制、篩選靶向藥物、優(yōu)化治療方案提供了不可替代的工具。隨著技術(shù)的不斷突破，該技術(shù)將進一步縮小小動物模型與人體臨床研究的差距，加速腫瘤研究成果向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。