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细胞治疗以及器官移植作为可以修复或者代替受损器官的治疗手段正在临床中受到越来越多的重视和应用。但是对于细胞移植体内后的存活、增殖、分化等行为的监控技术却极为有限。当前，主要的分析方法是组织切片和免疫组化染色，然而如何在活体水平上动态的观察植入细胞的存活、增殖和分化等状态仍然是一项亟待解决的重要课题。分子影像技术是近年来发展的一种化学、分子生物学、放射医学以及计算机科学相结合的新兴交叉学科，其具有活体、非创伤、实时的在细胞和分子水平上观察组织细胞行为的特点。当前，分子影像技术主要分为：放射性同位素成像、磁共振成像、生物发光成像以及荧光发光成像四种技术，它们在实际的应用过程中都有其各自的特点。其中，生物发光成像和荧光发光成像统称为光学成像。由于其具有信号灵敏、检测方便以及易于修饰等优点逐渐成为生物学，医学等领域研究的热点。本论文所介绍的三项研究工作均是围绕光学成像在细胞活体示踪方面的应用来开展的。 本论文第一部分应用β-Actin-luc和Vegfr2-luc两种生物发光转基因动物并提取它们的胰岛组织，铺种到具有缓慢释放肝素功能的丝素三维多孔支架中，随后移植到一型糖尿病小鼠体内，以期恢复正常的血糖水平并改善动物的生存状况。通过血糖监控及组织学评价，我们证明负载肝素的多孔支架在体内可以明显提高胰岛在体内的存活以及功能。同时，我们利用生物发光活体成像技术进一步评价材料在体内发挥功能的机制。通过胰岛的成像信号我们发现，丝素支架可以在体内可以很好的保护胰岛的存活，支架所释放的肝素促进了胰岛以及移植位点的血管新生水平，同时体外血糖水平以及组织学检测也证明了活体成像信号所反映的生物过程，这些结果都预示了生物发光成像技术在胰岛移植以及组织工程材料体内活性的评价中具有潜在的应用价值。 虽然生物发光技术具有很多优点，但也有很多诸如细胞标记方法复杂和生物安全性未知等缺点。荧光成像（fluorescence imaging）具有成像信号强，易于标记，不受成像深度局限等特点，可以为细胞活体示踪提供另一种具有应用前景的光学成像示踪方法。目前，传统的荧光成像所应用的发光染料都存在着很多缺点以及问题。首先，在实际应用中，为了增强荧光信号通常会使染料聚集，但传统的染料的荧光会随着这个过程产生淬灭现象；其次，这些染料在激发光持续激发下发射的荧光会变得不稳定并发生淬灭；另外，量子点等无机荧光材料对细胞毒性较大，且细胞驻留能力弱，容易随着细胞分裂而造成信号丢失。这些缺点都限制了其在体内示踪细胞治疗中的应用。 具有聚集诱导发光（AIE）特性的有机荧光染料近年来在生物医学领域逐渐受到越来越多的重视，它具有不同于传统染料的优越的光学性质。本实验首先基于AIE原理设计出一种新颖、高亮度的荧光纳米粒子。我们通过体外实验证明，这种纳米粒子具有优异的体外细胞示踪性能和较低的细胞毒性。之后，标记的细胞被注射到小鼠下肢缺血的损伤组织中，通过活体成像技术追踪干细胞在体内的存活以及治疗效果，并通过体内体外一系列实验来检测纳米粒子在体内生物安全性，实验结果证明这种新型荧光纳米粒子可以在体内精确、长期示踪干细胞达1.5个月左右，就我们所知是同类细胞示踪产品中示踪能力最高的，它们会为今后的干细胞体内移植提供一种非常具有应用前景的追踪方法。 共轭高分子（CPs）是一种拥有高自由度π共轭骨架的荧光高分子，它是新一代的有机荧光纳米材料，具有良好的光稳定性，亮度高，细胞毒性低。基于这些特性，CPs有希望成为另一种新型的细胞体内示踪染料。在论文第四章中，我们对于CPs染料在追踪MSCs治疗方面进行研究。首先将CPs用DSPE-PEG包裹后表面连接穿膜肽（Tat-peptide）以利于细胞渗透。然后，通过全层皮肤损伤的小鼠模型，探究了移植干细胞在组织愈合方面的治疗作用。研究表明，CPs纳米粒子在体内表现出了良好的细胞示踪能力。纳米粒子在细胞内化过程中不破坏MSCs的增殖、迁移、分化和分泌方面的特性，并且可以长期体内示踪干细胞达21天左右。实验表明，相比于商品化的量子点等示踪产品，CPs纳米粒子有着优越的干细胞示踪能力。它们可以作为一种新颖的外源性细胞示踪探针，在认识干细胞治疗的机制和探索细胞体内行为上有着潜在的应用价值。 本论文探讨了移植组织或者细胞在受体细胞内的示踪问题，同时在成像手段，成像材料以及实验模型方面做了很多的改进与尝试，得出了很好的实验结果，这些都为今后的组织或细胞在体内的移植监测提供了非常好的技术手段，具有很好的临床应用前景。