小动物活体光学成像在神经性疾病研究中的应用
仪器一：小动物活体光学成像系统
仪器一：小动物活体光学成像系统（一）具体参数要求1、系统性能*具备高灵敏度的生物发光二维成像功能：*具备高性能的荧光二维成像功能：*具备荧光分子断层成像技术，能够实现真实三维断层扫描，获取貞•实三维信息；具备基于切伦科夫辐射原理的放射性同位素成像功能：*具备高品质滤光片及光谱分禽算法，可实现自发荧光扣除及多探针成像：实验中能够实现生物发光及荧光成像模式的联合使用，并能将影像融合叠加：具备国际公认的光学信号定量方法：2、应用领域广泛应用于癌症、干细胞、感染、炎症、免疫疾病、神经疾病、心血管疾病、代谢疾病、基因治疗等多种疾病分子机理及相关药物研发的临床前研究。
3、主要技术参数3.1仪器硬件部分3.1.1二维成像部分*采用背照射、背部薄化科学一级CCD：*CCD采用电制冷方式，工作温度达到绝对-90°C,温度可视化；♦CCD 量子效率大于85% （500-700nm）；*最小检测光子数可达100光子/秒/弧度/平方厘米：采用泄焦镜头，最大光圈可达fA95,可自动聚焦；成像视野范国可调，最大视野能够满足至少3只小鼠同时成像：动物载物台温度可控（20-40°C）,且即时温度可通过软件显示；*生物发光灵敏度达到可检测小鼠皮下少于100个生物发光细胞（需提供证明文献）：荧光光源采用高效金属卤素灯，功率不低于150瓦；*激发光滤片标配数量不少于19个，发射光滤片标配数量不少于7个：*所有滤片均为高品质滤光片，透光率可达95%,滤片表而采用多层硬性涂料防护，防止因长期照射导致的滤片退化或损伤，使用寿命长：具备高品质成像暗箱，避免仪器背景信号的过多产生：仪器出厂前经过国际标准的NIST光学校准：仪器具备左时自检功能，可自动去除仪器本身产生的背景信号。
3.1.2三维成像部分具备反射照明方式，以获取小动物体表轮娜结构；*具备透射照明方式，并通过底部多点透射扫描，获取三维重建所需的断层信息：*具备荧光分子断层成像技术，能够实现小动物体内任意深度的信号探测：*透射激发光源为长寿命固态激光器，能满足体内有效激发深度＞2cm；*具备超声传感器，用以获取三维重建所需的深度信息：具备高精度XY激光扫描电动平台，扫描范用达65 mm X 50 mm。
PE小动物活体成像在神经性疾病的应用
PE⼩动物活体成像在神经性疾病的应⽤⼩动物活体光学成像技术在神经疾病研究中的应⽤PerkinElmer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。
在众多应⽤领域中，神经疾病研究是活体光学成像技术的应⽤热点之⼀。
在应⽤活体光学成像技术进⾏神经相关疾病研究中，常⽤的标记⽅法及应⽤领域包括：1、利⽤萤⽕⾍荧光素酶（Firefly Luciferase）或荧光蛋⽩作为报告基因，通过转基因技术体外转染神经肿瘤细胞、神经⼲细胞等细胞，进⾏神经肿瘤、神经发育及细胞治疗的相关研究；2、利⽤荧光素酶作为报告基因标记神经疾病相关基因构建转基因动物，进⾏神经疾病机理研究；3、利⽤功能性荧光探针监测神经疾病的发⽣发展。
下⾯结合⼀些具体实例进⾏阐述：⼀.神经肿瘤研究与其它类型肿瘤研究类似，利⽤⼩动物活体光学成像技术可以长期监测神经肿瘤的发⽣发展及治疗效果。
例如，利⽤荧光素酶基因标记肿瘤细胞，通过肿瘤发光情况的变化，观测肿瘤的⽣长及药物对于肿瘤的治疗效果，如下：上图：应⽤IVIS系统长期观测原位接种的经⽣物发光标记的U87-MG-luc2神经胶质瘤的⽣长。
上图：应⽤IVIS系统观测⾎管⽣成抑制剂对U87-MG-luc2⽣长的移植。
A.对照组；B.给药组除了利⽤⽣物发光成像技术进⾏神经肿瘤研究，还可应⽤功能性荧光探针监测肿瘤，例如，通过应⽤荧光染料标记的DHE探测神经胶质瘤中的活性氧⾃由基，从⽽监测肿瘤的发展情况。
基于IVIS系统的多模式成像功能，可以同时应⽤⽣物发光及荧光成像功能共同监测肿瘤，如下：上图：左.应⽤荧光成像技术观测尾静脉注射DHE后观测DHE对肿瘤的靶向；中.应⽤⽣物发光成像技术观测经荧光素酶基因标记的肿瘤；右.荧光与⽣物发光成像结果融合。
⼆.神经退⾏性疾病的研究神经退⾏性疾病是由神经元或其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移⽽恶化，以导致功能障碍。
常见的神经退⾏性疾病包括阿兹海默症、帕⾦森⽒病、多发性硬化症、脊髓性肌萎缩症等。
神经科学研究中的活体成像技术
神经科学研究中的活体成像技术神经科学是研究神经系统的结构和功能，以及神经系统与行为之间的相互关系的学科。
近年来，随着科学技术的发展，活体成像技术在神经科学研究中发挥着重要的作用。
活体成像技术是指在活体动物体内观察和记录器官、细胞和分子的动态过程的技术手段。
在神经科学研究中，活体成像技术能够提供详细的关于神经系统结构和功能的信息，帮助科学家深入了解神经系统的工作原理。
下面将介绍几种常见的活体成像技术。
首先是光学成像技术，如荧光成像和双光子显微镜。
荧光成像技术利用标记的荧光物质来观察和记录细胞和分子的活动。
这种技术可以实时观察神经元的突触活动、脑内钙离子浓度的变化以及信号传递的过程，揭示神经系统的动态运作。
双光子显微镜则具有更高的空间分辨率和更大的透射深度，能够观察更深层次的神经元和突触活动。
其次是磁共振成像（MRI）技术。
MRI利用强大的磁场和无线电波来获取人体组织的详细图像。
在神经科学研究中，MRI可以用来观察大脑活动的时空特征、脑结构的变化以及神经系统中不同区域的连接方式。
通过MRI技术，科学家可以探索脑与行为之间的关系，进一步理解神经系统的功能。
另一种常见的活体成像技术是电生理记录。
这种技术通过记录神经元的电活动来观察和理解神经系统的功能。
单细胞记录可以记录单个神经元的活动，如静息状态、动作电位和突触传递等。
此外，电生理记录还可以用于观察神经回路的活动，揭示神经系统各个区域之间的相互作用和同步性。
此外，现代的基因工程技术也为神经科学研究提供了活体成像的工具。
例如，发光蛋白（如GFP）的基因工程技术可将其植入到特定的神经元或细胞中，使其在特定条件下发出荧光信号。
这种技术可以实时观察和记录特定细胞类型的活动，并帮助科学家研究神经元的连接和功能。
活体成像技术的发展使神经科学研究取得了巨大的进展。
通过这些技术，我们能够更加深入地了解神经系统在正常和病态条件下的运作方式。
这对于理解和治疗神经系统疾病，如帕金森病和阿尔茨海默病等，具有重要的意义。
活体光学成像技术在疾病诊断中的应用
活体光学成像技术在疾病诊断中的应用近年来，随着科学技术的不断发展，医学领域也不断涌现出新的技术和方法，其中应用最为广泛的就是医学影像学。
而在医学影像学中，有一种被称为“活体光学成像技术”的新技术，正逐渐成为诊断疾病的新的手段。
一、什么是活体光学成像技术？活体光学成像技术（also known as in vivo optical imaging technology）是一种基于光学原理的，在体内进行实时检测和测量的技术。
这种技术利用光学探测器（例如，摄像头，光学纤维）和生物发光物质之间的交互作用，对活体器官、组织及其内部病变进行高分辨率成像，并能够实时或准实时地检测生物标志物、生理状态和分子水平信息。
它主要包含了荧光成像、生物发光成像、双光子成像、磁共振光学成像等多种技术方法，其中最常用的是荧光成像技术。
二、活体光学成像技术在疾病诊断中的应用1. 肿瘤诊断在肿瘤诊断中，活体光学成像技术可以通过标记生物分子来实现肿瘤细胞成像。
例如，一些特定的肿瘤细胞会在肿瘤周围表达LCA（Leukocytes Common Antigen）和VCAM-1（细胞黏附分子1），而这些分子可以被荧光素磷酸酯（substrate）标记。
活体光学成像技术可以检测到肿瘤标记物，从而实现肿瘤细胞的成像。
2. 炎症诊断由于炎症和肿瘤都是由于细胞和分子水平的变化所引起的，因此活体光学成像技术在炎症诊断方面也得到了广泛应用。
例如，动物实验表明，将磁性纳米颗粒与荧光素磷酸酯标记结合，可以用来检测和监测肝炎病毒感染的炎症。
此外，活体光学成像技术还可以通过探测各种细胞因子来监测炎症的严重程度。
3. 心血管疾病诊断心血管疾病是临床多发疾病之一，而活体光学成像技术可以通过融合荧光素磷酸酯和纳米颗粒来进行高分辨率成像，实现心血管组织的检测。
不仅如此，该技术还可以对心脏肌肉的血供情况进行监测，对心脏肥大及结构性变化进行诊断。
三、活体光学成像技术的优势1. 无创活体光学成像技术是一种无创的诊断方式，可以避免传统的切开手术所带来的风险和副作用。
仪器一：小动物活体光学成像系统
仪器一：小动物活体光学成像系统(一)具体参数要求1、系统性能*具备高灵敏度的生物发光二维成像功能；*具备高性能的荧光二维成像功能；*具备荧光分子断层成像技术，能够实现真实三维断层扫描，获取真实三维信息；具备基于切伦科夫辐射原理的放射性同位素成像功能；*具备高品质滤光片及光谱分离算法，可实现自发荧光扣除及多探针成像；实验中能够实现生物发光及荧光成像模式的联合使用，并能将影像融合叠加；具备国际公认的光学信号定量方法；2、应用领域广泛应用于癌症、干细胞、感染、炎症、免疫疾病、神经疾病、心血管疾病、代谢疾病、基因治疗等多种疾病分子机理及相关药物研发的临床前研究。
3、主要技术参数3.1仪器硬件部分3.1.1二维成像部分*采用背照射、背部薄化科学一级CCD；*CCD采用电制冷方式，工作温度达到绝对-90℃，温度可视化；*CCD 量子效率大于85%（500-700nm）；*最小检测光子数可达100光子/秒/弧度/平方厘米；采用定焦镜头，最大光圈可达f/0.95，可自动聚焦；成像视野范围可调，最大视野能够满足至少3只小鼠同时成像；动物载物台温度可控（20-40℃），且即时温度可通过软件显示；*生物发光灵敏度达到可检测小鼠皮下少于100个生物发光细胞（需提供证明文献）；荧光光源采用高效金属卤素灯，功率不低于150瓦；*激发光滤片标配数量不少于19个，发射光滤片标配数量不少于7个；*所有滤片均为高品质滤光片，透光率可达95%，滤片表面采用多层硬性涂料防护，防止因长期照射导致的滤片退化或损伤，使用寿命长；具备高品质成像暗箱，避免仪器背景信号的过多产生；仪器出厂前经过国际标准的NIST光学校准；仪器具备定时自检功能，可自动去除仪器本身产生的背景信号。
3.1.2三维成像部分具备反射照明方式，以获取小动物体表轮廓结构；*具备透射照明方式，并通过底部多点透射扫描，获取三维重建所需的断层信息；*具备荧光分子断层成像技术，能够实现小动物体内任意深度的信号探测；*透射激发光源为长寿命固态激光器，能满足体内有效激发深度>2cm；*具备超声传感器，用以获取三维重建所需的深度信息；具备高精度XY激光扫描电动平台，扫描范围达65 mm ×50 mm。
小动物活体可见光成像技术在医学研究中的应用
Ｐ ａ ｉ ｎ Ｃ ｌ ｉ ｎ Ｊ ， Ａｐ ｒ ｉ ｌ ２ ０ １ ３ ， Ｖｏ １ ． ９ ， Ｎｏ ． ２
．
继 续 教 育
．
小 动 物 活体 可 见 光 成像 技 术 在 医学 研 究 中的应用
任 曙光 吴建华 巨英超 霍桐树 张 国生
【 摘 要 】 小 动 物 活 体 光 学 成 像 技 术 是 生 物 及 医 学 研 究 领 域 的 一 项 新 兴 技 术 。随 着 该 技 术 的 发 展， 小 动 物 活 体 成 像 在 临 床 前 研 究 中 发 挥 着 越 来 越 重 要 的 作 用 。本 文 简 要 综 述 了 活 体 动 物 体 内 可
见光 成 像 技 术 的原 理 、 应用领域及其特点。
【 关 键 词 】 动 物 ； 活 体 ； 成 像 技 术
Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｌ ｉ ｖ ｉ ｎｇ ａ ｎｉ ｍａ ｌ ｉ ｅｓ ｒ Ｉ ｇ ｉ ｎｇ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｎ ｍｅ ｄｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
ｔ ｅ ｃ ｈｎｉ ｑ ｕｅ ｓ ．
［ Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ａｎ ｉ ｍａ ｌ ； Ｌｉ ｖ ｉ ｎ ｇ ； Ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
小动 物 活 体 可 见 成 像 技 术 主 要 采 用 生 物发 光
（ ｂ ｉ ｏ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｅ ｅ ）与 荧 光 （ ｆ ｌ ｕ ｏ ｒ ｅ ｓ ｃ ｅ ｎ ｃ ｅ ）两 种 技
５ Ｏ ＫＤ ） 即荧光 素酶基 因整 合到 预期 观察 的细 胞染 色体 ＤＮＡ上 以表 达荧光 素 酶 ，培 养 出能稳 定 表达 荧光 素酶 的 细胞 株 ，当细 胞分 裂 、转 移 、分 化 时 ， 荧光 素酶 也会得 到持 续稳定 的表达 。基 因 、细 胞和
活体成像技术在老鼠中枢神经系统研究中的应用
活体成像技术在老鼠中枢神经系统研究中的应用研究中枢神经系统是神经科学研究的重要领域，而老鼠被广泛应用于中枢神经系统研究中。
随着科技的不断发展，活体成像技术在老鼠中枢神经系统研究中变得越来越重要。
本文将介绍活体成像技术的种类以及在老鼠中枢神经系统研究中的应用。
一、活体成像技术的种类活体成像技术是指以非侵入性的方式获取生物体内部或外部的图像、结构和功能信息的技术。
在老鼠中枢神经系统研究中，常用的活体成像技术主要包括以下四种。
1. 电生理技术：电生理技术是一种直接记录神经元电活动的技术。
通过电极插入老鼠大脑中特定的脑区，可以记录下该区域神经元的电活动信息。
电生理技术的优点是时间分辨率高，可以精确记录单个神经元的电信号，但缺点是空间分辨率差，只能记录一个局部区域的电信号。
2. 荧光成像技术：荧光成像技术是通过检测特定荧光蛋白的发光情况来反映生物体内部结构和功能的技术。
在老鼠中枢神经系统研究中，常用的荧光蛋白有GCaMP、ChR2等。
该技术可以对整个神经元群落进行成像，时间分辨率较高，但空间分辨率相对较差。
3. 磁共振成像技术：磁共振成像技术是利用强磁场和无线电波来获取器官和组织的图像的技术。
在老鼠中枢神经系统研究中，常用的磁共振成像技术有fMRI和MRI。
该技术可以对整个脑区进行成像，不侵入性强，但时间分辨率相对较低。
4. 二光子显微镜技术：二光子显微镜技术是一种用红外激光激发荧光信号的散射光谱成像技术。
在老鼠中枢神经系统研究中，该技术可以用于脑区切片的实时成像。
该技术不侵入性强，时间分辨率和空间分辨率都较高，但需要特殊的设备和昂贵的激光。
二、1. 观察神经元活动荧光成像技术和二光子显微镜技术可以用来观察神经元的活动。
GCaMP是一种钙离子指示剂，可以反映神经元内钙离子水平的变化。
通过对老鼠脑区注射GCaMP基因，可以实时观察神经元内部钙离子水平的变化情况。
而二光子显微镜技术可以用于对脑区切片进行成像，观察神经元的活动情况。
PerkinElmer IVIS小动物活体光学成像系统的特点和优势
IVIS小动物活体光学成像系统的特点和优势1、公共平台性成像系统随着IVIS成像技术的发展和成熟，研究者已通过生物发光或荧光标记技术对多种研究对象进行标记，如肿瘤细胞、免疫细胞、干细胞、基因、细菌、病毒、多肽、抗体、纳米材料、药物等等。
因此，应用IVIS成像系统进行的研究已涉及生物学的各个领域，包括癌症、干细胞、细菌及病毒、炎症、免疫疾病、神经疾病、心血管疾病、代谢疾病、基因治疗、新药研发等等。
总而言之，IVIS成像系统可作为公共平台性设备，满足不同领域不同课题组的研究需求，实现从宏观（如在活体水平对疾病整体发展过程的观测）到微观（如在活体水平对细胞动态变化及基因表达的实时观测）的系统性研究。
2、集多种成像模式于一体随着活体成像技术的发展，越来越多的研究人员开始将多种成像模式联合使用，以期达到更全面深入地研究生物学现象的目的。
IVIS系列成像系统包含IVIS Lumina系列、IVIS Spectrum、IVIS Quantum FX μCT及IVIS Spectrum CT。
IVIS Lumina系列成像系统同时具备白光、极高灵敏度的生物发光、强大的荧光及切伦科夫辐射成像等多模式二维成像功能，其中Lumina XR系统在具备上述功能的基础上，还增加了X光成像功能，使研究人员在获取二维光学信号的同时，能够进行二维结构学的辅助定位。
IVIS Spectrum除了具备上述的二维成像功能外（X 光除外），还具备独一无二的三维生物发光及荧光成像功能，使研究者能够洞悉体内的真实三维信号，另外，Spectrum还能与IVIS Quantum FX μCT联合使用，从而将3D功能学信息与CT结构学信息进行融合。
IVIS Spectrum CT是对Spectrum的完美升级，是在Spectrum的功能基础上整合了高性能的CT成像功能，实现了将功能学成像与结构学成像在同一个仪器上的完美整合。
基于IVIS系统的上述成像功能，研究人员既可单独使用某种功能进行成像，又可同时利用多种功能进行复合成像。
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小动物活体光学成像技术在神经疾病研究中的应用PerkinElmer 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。
在众多应用领域中，神经疾病研究是活体光学成像技术的应用热点之一。
在应用活体光学成像技术进行神经相关疾病研究中，常用的标记方法及应用领域包括：1、利用萤火虫荧光素酶（Firefly Luciferase）或荧光蛋白作为报告基因，通过转基因技术体外转染神经肿瘤细胞、神经干细胞等细胞，进行神经肿瘤、神经发育及细胞治疗的相关研究；2、利用荧光素酶作为报告基因标记神经疾病相关基因构建转基因动物，进行神经疾病机理研究；3、利用功能性荧光探针监测神经疾病的发生发展。
下面结合一些具体实例进行阐述：一.神经肿瘤研究与其它类型肿瘤研究类似，利用小动物活体光学成像技术可以长期监测神经肿瘤的发生发展及治疗效果。
例如，利用荧光素酶基因标记肿瘤细胞，通过肿瘤发光情况的变化，观测肿瘤的生长及药物对于肿瘤的治疗效果，如下：上图：应用 IVIS 系统长期观测原位接种的经生物发光标记的 U87-MG-luc2 神经胶质瘤的生长。
上图：应用 IVIS 系统观测血管生成抑制剂对 U87-MG-luc2 生长的移植。
A.对照组；B.给药组除了利用生物发光成像技术进行神经肿瘤研究，还可应用功能性荧光探针监测肿瘤，例如，通过应用荧光染料标记的DHE 探测神经胶质瘤中的活性氧自由基，从而监测肿瘤的发展情况。
基于IVIS 系统的多模式成像功能，可以同时应用生物发光及荧光成像功能共同监测肿瘤，如下：上图：左.应用荧光成像技术观测尾静脉注射 DHE 后观测D HE 对肿瘤的靶向；中.应用生物发光成像技术观测经荧光素酶基因标记的肿瘤；右.荧光与生物发光成像结果融合。
二.神经退行性疾病的研究神经退行性疾病是由神经元或其髓鞘的丧失所致，随着时间的推移而恶化，以导致功能障碍。
常见的神经退行性疾病包括阿兹海默症、帕金森氏病、多发性硬化症、脊髓性肌萎缩症等。
应用小动物活体成像技术进行上述疾病相关研究的主要方式为：1、通过构建生物发光标记的疾病动物模型，观测疾病特异性基因的表达，进而反映疾病的发生发展；2、应用功能性荧光探针观测疾病特异性标识物，进而反映疾病的发生发展。
下面以阿兹海默症的研究为例进行阐述：阿兹海默症（Alzheimer disease，AD），是一种中枢神经系统变性病。
AD 的病因及发病机制尚未阐明，特征性病理改变为β 淀粉样蛋白沉积形成的细胞外老年斑和 tau 蛋白过度磷酸化形成的神经细胞内神经原纤维缠结，以及神经元丢失伴随胶质细胞增生等。
基于特殊的病理特征，研究者可以通过不同思路应用活体光学成像技术，对阿兹海默症进行观测。
如 Wattnoek 等人基于阿兹海默症的发生伴随胶质细胞增生的病理特征推测，伴随阿兹海默症的发生发展，胶质细胞中胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein, GFAP）的表达量也会增多。
利用W estern Blot 及免疫组化等技术手段进行体外实验显示，随着β 淀粉样蛋白表达的增多，GFAP 的表达量也同时增多，两者在疾病发展过程中成正相关，说明 GFAP 可以作为阿兹海默症的特征性蛋白而反映阿兹海默症的发生发展。
接着，研究者将 Tg(GFAP-luc)生物发光转基因小鼠与阿兹海默疾病模型小鼠 Tg(APP23) 及 Tg(CRND8)进行杂交，构建出 Tg(APP23:Gfap-luc) 和 Tg(CRND8:Gfap-luc)双转基因生物发光-阿兹海默疾病模型小鼠，并应用 IVIS 系统在活体水平观测阿兹海默症的发生发展。
结果显示，在两种双转基因疾病模型小鼠中，GFAP 的表达量均随阿兹海默症病情的恶化而升高，说明GFAP 可以表征阿兹海默症的发生发展；另外，将病情严重的老年疾病小鼠脑匀浆注射入年轻疾病小鼠脑内，会使年轻疾病小鼠中GFAP 表达量的增多明显提前，说明老年疾病小鼠脑匀浆物质能够加速年轻疾病小鼠阿兹海默症的发生。
综上所述，通过利用荧光素酶标记疾病相关基因而构建的转基因小鼠，并结合活体光学成像技术，可以在活体水平观测神经退行性疾病的发生发展，并开展相关治疗的研究。
上图：体外分析 GFAP 的表达与阿兹海默症的关系。
A.应用 Western blot 技术分析 GFAP 及Aβ在不同年龄的两种阿兹海默疾病模型小鼠中的表达情况；B.定量分析显示 GFAP 与Aβ的表达成正相关；C.应用免疫组化技术分析G FAP 与Aβ在阿兹海默疾病模型小鼠中的表达情况。
上图：Tg(GFAP-luc)生物发光转基因小鼠构建示意图及活体成像结果。
上图：应用 GFAPTg(APP23:Gfap-luc) 和T g(CRND8:Gfap-luc)双转基因生物发光-阿兹海默疾病模型小鼠，结合生物发光活体成像技术，观测阿兹海默症的发生发展。
随着荧光功能性探针的发展，研究者除了可以应用生物发光活体成像技术研究神经退行性疾病，还可应用活体荧光成像技术开展该方面研究。
目前科研人员已开发出一些有效的荧光功能性探针，它们通过尾静脉注射后能够顺利通过血脑屏障，并特异性靶向结合β 淀粉样蛋白，通过荧光信号监测脑中β 淀粉样蛋白的含量，进而反映阿兹海默症的发生发展。
Okamura 等人报道，他们利用自己研发的荧光探针THK-265，在活体水平成功观测到阿兹海默疾病模型小鼠脑部β淀粉样蛋白的沉积。
如下图所示，将 THK-265 尾静脉注射入19 个月及32 个月的阿兹海默疾病模型小鼠Tg(APP23)体内，利用 IVIS 系统观测不同时间点THK-265 在脑部的信号，结果显示，与未发生阿兹海默症的正常小鼠相比，疾病模型小鼠脑部的荧光信号均较高，表明THK-265 能够有效探测疾病模型小鼠脑部更多的β淀粉样蛋白沉积；而与 19 个月的疾病小鼠相比，32 个月的疾病小鼠脑部的荧光信号更高，表明32 个月的疾病小鼠患病程度更严重。
上图：A.利用 IVIS 系统观测不同时间点 THK-265 在脑部的荧光信号；B/C.定量分析结果。
Ran 等报道了利用他们自行研发的基于姜黄素的荧光探针C RANAD-3，进行β淀粉样蛋白的活体观测。
CRANAD-3 探针本身具有荧光性，有趣的是，当探针未与Aβ 结合时，其最大吸收峰为700nm，而一旦与Aβ 结合，其最大吸收峰将会蓝移至640nm。
利用探针的这一特性，研究者不但可以观测到患有阿兹海默症的小鼠脑中更多的Aβ沉积，而且可以利用I VIS 系统的光谱分离技术，区分与Aβ 特异性结合的探针及未与Aβ 结合的游离探针，进而获得更准确的成像及定量分析结果。
上图：利用 IVIS 系统的光谱分离技术观测 CRANAD-3 探针在阿兹海默疾病模型小鼠 Tg(APP23)脑中的荧光信号。
a.活体成像光谱分离结果；b.将整个脑部取出后的，体外脑部成像光谱分离结果。
(#1)自发荧光信号，(#2)与Aβ 特异性结合的探针信号，(#3)游离的非特异性探针信号，(#4)上述三种信号的融合影像。
三.神经干细胞研究与其它类型干细胞研究类似，应用小动物活体光学成像技术，可以在活体水平监测神经干细胞的移植、存活和增殖，以及示踪干细胞在体内的分布和迁移。
由于神经疾病发生的部位主要集中于颅内及脊髓等相对较深的区域，而生物发光成像技术的极高灵敏度使得神经干细胞在上述区域的观测成为可能。
下图所示为利用生物发光成像技术，对神经干细胞在颅内或脊髓移植后的存活及增殖进行长期观测。
上图：利用I VIS 系统长期观测神经干细胞体内移植后的存活及增殖。
A.颅内移植；B.脊髓移植。
干细胞移植后，活体示踪干细胞的分布和迁徙具有重要意义。
通过示踪，不仅可以直观地了解其在体内的分布，而且可以追踪到其体内的分化转归及调控机制。
神经干细胞增殖及迁移的缺陷是造成帕金森氏病等神经退行性疾病的主要原因。
神经干细胞起源于侧脑室外侧壁的室管膜下层区域（subventricular zone，SVZ）与海马齿状回（dentate gyrus，DG），之后通过嘴侧迁移流（rostral migratory stream，RMS）到达嗅球（olfactory bulb，OB），进一步分化为中枢神经细胞并融入现有的神经通路。
2008 年发表于 Stem Cell 上的一篇文献报道了利用生物发光成像技术观测神经干细胞的上述迁移情况。
如下图所示：上图左：神经干细胞迁移示意图；上图右：将经生物发光标记的神经干细胞直接注入小鼠颅内 SVZ 区域，利用 IVIS 系统观测神经干细胞在颅内的迁移。
四.研究神经疾病中相关基因的表达对于神经疾病中相关特异性基因的研究，可以揭示神经疾病的分子机理，更好的了解神经疾病的发生发展及相关治疗。
小动物活体光学成像技术已越来越多的应用于此类研究。
研究者通过构建各种生物发光转基因动物，结合活体光学成像技术，在活体动物水平观测神经疾病发展过程中相关基因的表达。
Cordeau 等利用 Tg(GFAP-luc)转基因小鼠，监测 GFAP 在肺炎链球菌感染而引发的脑膜炎中的表达。
研究者用细菌荧光素酶（bacterial luciferase）基因标记肺炎链球菌，以监测细菌在活体动物体内的感染情况，同时以萤火虫荧光素酶基因标记的 Tg(GFAP-luc)转基因小鼠为实验动物，观测 GFAP 在肺炎链球菌感染而引发的脑膜炎中的表达，以及经抗生素治疗后细菌的感染情况和G FAP 的表达情况。
结果显示，随着细菌感染程度及范围的升高和扩大，GFAP 的表达量也相应升高；而经抗生素治疗后，细菌的感染情况明显被抑制，GFAP 的表达量也随之降低。
对小鼠感染脑部的体外成像结果显示，细菌对于脑部局部区域的感染，能引发整个脑部G FAP 的大量表达。
上图：应用I VIS 系统观测肺炎链球菌在T g(GFAP-luc)转基因小鼠中的感染情况及G FAP 的表达情况。
A.活体成像结果，untreated：未经抗生素治疗，treated：经抗生素治疗；B.脑部体外成像结果。
Luo 等利用 Tg(GFAP-luc)及 Tg(SBE-luc) 转基因小鼠，结合活体光学成像技术，观测了在自身免疫性脑脊髓炎（EAE）中与GFAP 表达相关的星形胶质细胞的聚集及与TGF-β 信号通路相关的炎症的发生。
研究者用髓磷脂少突细胞糖蛋白（MOG）免疫小鼠，引发实验性自身免疫性脑脊髓炎，随后，利用IVIS 系统观测患病 Tg(GFAP-luc)及Tg(SBE-luc)转基因小鼠中GFAP 及TGF-β 的表达情况。
结果显示，小鼠免疫后的第 7 天，即可观测到GFAP 及 TGF-β 表达量显著升高，说明在脑脊髓炎的发病初期，即伴随有星形胶质细胞的聚集以及炎症的发生。