科研干货|小动物活体影像在生物制药中的应用

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临床前整体动物水平药物评价解决方案

小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物研发等领域得到广泛应用。尤其是在药物研发领域，无论是小分子药物、生物大分子制药和还是日益兴起的细胞治疗等，活体光学成像技术作为整体动物模型药物治疗研究的关键点，对临床前药物研发的进程起着不容忽视推进作用。

利用小动物光学成像技术在活体水平对药物研发的应用，主要可分为以下三个方向：

1）建立疾病动物模型，对肿瘤、炎症、感染性疾病、神经性疾病等的治疗药物进行药效学评价；

2）对治疗药物在动物体内的靶向分布、组织代谢及降解过程等进行研究；

3）对治疗药物进行整体动物毒性及毒理机制研究。

在PerkinElmer，我们已经为临床前研究开发出业内顶尖的成像技术。我们的技术将三维光学、PET成像与microCT成像进行整合，让研究人员能更全面地了解疾病：更好地监控疾病进展，更早地检测治疗效果，更深入地掌握在病情发展过程中的代谢变化。借助优化的活体荧光、生物发光试剂及放射性探针，研究人员能检测目标信号的深度、体积、浓度和代谢活动，从而为解开疾病之谜提供丰富的信息。

小动物活体光学成像技术已广泛应用于药物的临床前研发阶段，在药物研发中应用已经非常成熟，全球各大制药企业均已采用活体光学成像技术开展抗肿瘤、抗感染等药物的研发。PerkinElmer 的小动物活体光学成像系统的全球装机量已经多达2000台。科学家们使用PerkinElmer的成像系统，已经成功发表上万篇文献。全球各大制药企业均已采用PerkinElmer的活体成像技术开展新药的研发，其中已有6种药物获得美国的FDA认证，另有8种药物处于临床测试阶段。

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动物模型及成像检测：生物发光成像- 荧光成像

传统细胞系肿瘤模型（Cell-line Derived Xenograft, CDX） 适合体外长期传代，并保持高度同源性，在肿瘤药物研发过程中有长期的工作基础，模型建立容易，重复性好。使用稳定表达生物发光报告基因的肿瘤细胞系，在免疫缺陷鼠体内进行接种建立肿瘤模型，借助小动物生物发光光学成像系统对肿瘤模型进行非侵入式实时成像检测，以评价不同抗体药物处理后的肿瘤治疗效果。如右图所示，在Raji-fluc淋巴肿瘤模型上，研究Rituximab-Cy7标记抗体处理后和肿瘤细胞的共定位情况。

利用特异性荧光探针，如靛青绿（Indocyanine Green）与已上市单抗药物，如Declizumab、Trastuzumab和Panitumumab进行偶联，制备成可激活的荧光探针标记抗体，使用小动物活体荧光成像系统对动物整体及肿瘤内靶蛋白的表达及分布进行实时监测，评价抗体药物的靶向性及抗体治疗效果（如左图）。

中科学分子影像重点实验室田捷课题组在2017年International Journal of Nanomedicine杂志上发表的文章中，采用针对免疫检验点PD-1的特异性荧光抗体探针PD-1-IRDye800CW，在4T1-fLuc小鼠乳腺癌动物模型上，使用IVIS Spectrum活体光学成像系统，监测外科手术前后，4T1-fLuc小鼠乳腺癌发生、残留、复发及转移的情况，并同步监测PD-1的表达分布及与乳腺癌发病的相关性。如下图所示，在连续检测的48小时内，PD-1-IRDye800CW与对照组相比具有更好的靶向性和滞留时间。

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动物模型及检测：结构成像- PET 成像

利用Quantum microCT及IVIS Spectrum活体光学三维成像系统可以对肿瘤及骨转移进行三维多模式成像。通过光学三维成像系统可以获取肿瘤本身的功能性图像，结合microCT系统同时获得小鼠全身的骨架结构图像。另外，通过对骨转移区域进行高分辨率的microCT扫描，可以清晰地获得由于肿瘤骨转移而造成的骨溶解。由于Quantum GXmicroCT系统的低辐射性能，长时间成像也不会对肿瘤病灶本身产生影响，因此非常适合用于活体动物长时间肿瘤骨转移成像研究。如下图所示，对生物发光标记MDAMB-231乳腺癌肿瘤模型进行肿瘤骨转移研究，A图可见骨转移生物发光信号，B图为高分辨率骨侵蚀的 microCT成像。

PET（positron emission tomography, PET）作为一种专业分子成像模式，是能向临床分子诊断转化最近的技术平台，其更接近生理状态的标记及非侵入式检测特点，对基础免疫学和临床医学等多种新兴领域具有巨大的应用价值。目前新兴的immuno-PET概念，就是基于PET平台，采用89Zr、125I放射性核素标记单抗药物，将PET相机的高灵敏度、高分辨率及可视化与单抗的高特异性相结合，在整体动物水平类似进行“体内综合免疫组织化学染色”，以获得更多接近真实生理学的病理学信息。