活体实时动态成像在感染性疾病治疗领域的应用与突破

一、技术原理与核心优势

活体实时动态成像技术通过整合光学、核素、超声及磁共振等多模态影像手段，实现了对生物体内细胞活动、分子交互及病理过程的实时、无创监测。其核心优势包括：

1.非侵入性与高灵敏度

无需解剖即可捕捉感染病灶的动态变化，减少实验动物消耗。

检测微弱荧光或生物发光信号，揭示病原体早期感染迹象。

2.全身成像与时空分辨率

覆盖全身器官，追踪病原体分布、增殖及转移路径。

结合高时空分辨率技术（如光声显微镜），解析单细胞水平免疫应答。

3.多参数融合与定量分析

同步获取解剖结构、功能代谢及分子信息，如肿瘤血管血氧饱和度（sO₂）与PD-L1表达。

通过信号强度与细胞数量正相关特性，实现病原体负荷定量评估。

二、在感染性疾病治疗中的应用场景

1.病原体动态感染监测

细菌与病毒追踪：利用荧光素酶或病毒DNA插入标记，实时观测病原体在宿主体内的时空分布。例如，标记单核细胞增多性李斯特菌后，发现其特异性定植于小鼠胆囊，并通过胆汁排泄途径传播。

真菌与寄生虫研究：通过生物发光标记白色念珠菌或布氏锥虫，揭示其在肾脏或睾丸的嗜性分布，为靶向治疗提供依据。

2.抗感染药物疗效评估

抗生素筛选：比较达托霉素、万古霉素等药物对金黄色葡萄球菌腹膜炎的抑制效果，通过生物发光信号强度变化直接评估药效。

疫苗研发：联合TA-CIN疫苗与GPI-0100佐剂，利用活体成像验证其对HPV假病毒感染的预防作用，佐剂显著增强免疫应答。

3.免疫应答机制解析

免疫细胞募集观察：在LysEGFP转基因小鼠中，实时追踪嗜中性粒细胞向金黄色葡萄球菌感染灶的聚集，揭示IL-1β信号通路的关键调控作用。

细胞疗法监测：通过荧光标记CAR-T细胞，评估其对Nalm-6白血病细胞的杀伤效率，为优化免疫治疗方案提供数据支持。

4.疾病机制与治疗靶点探索

细菌生物膜研究：模拟关节假体感染模型，观测金黄色葡萄球菌生物膜形成过程，为开发抗生物膜药物提供靶点。

炎症网络解码：利用瑞孚迪探针与IVIS LT系统，动态监测自身免疫性脑脊髓炎小鼠模型的血脑屏障破坏与炎症进展。

三、最新技术进展与案例

1.近红外二区（NIR-IIb）成像技术

中国科学院国家纳米科学中心开发NIR-IIb窗口下血氧饱和度动态成像技术，实现肿瘤血管sO₂水平实时量化，预测免疫治疗响应性。该技术同步获取肿瘤代谢与PD-L1分子影像，显著提升肿瘤免疫治疗预测准确性。

2.铁磁支架与多光子显微镜结合

在CX3CR1-GFP/CCR2-RFP双标记小鼠结肠炎模型中，消除运动伪影，首次揭示炎症初期单核细胞募集动态，为炎症性肠病治疗提供新靶点。

3.超快光声显微镜（UFF-PAM）

结合植入式胎盘窗，实现单细胞分辨率下胚胎期胎盘基因表达动态监测，为子痫前期等妊娠并发症机制研究奠定基础。

四、挑战与未来方向

1.技术局限性突破

提升光学成像穿透深度，开发深部组织感染监测技术。

优化核素成像标记策略，延长放射性示踪剂半衰期。

2.多模态融合与智能化

整合CT/MRI解剖信息与光学/核素功能数据，构建三维病理图谱。

结合AI算法，实现病原体感染进程的自动量化与预后预测。

3.临床转化与个性化医疗

开发患者来源类器官模型，结合活体成像筛选个体化抗感染方案。

推动技术向床旁检测（POCT）设备发展，实现感染性疾病的实时诊断与治疗监测。

五、总结

活体实时动态成像技术通过重构感染性疾病的“动态全景图”，正在重塑临床前研究到临床转化的全链条。从病原体追踪到免疫应答解析，从药物筛选到机制探索，该技术不仅深化了对感染微环境的认知，更为精准抗感染治疗提供了革命性工具。随着多模态融合与智能化升级，其有望成为攻克耐药菌感染、病毒性传染病等全球健康挑战的关键“利器”。