La bioluminescence est de nos jours très utile pour les recherches médicales. En effet, certains chercheurs se servent de la GFP (green fluorescente protéine provenant d’une espèce de méduse bien particulière, Aequorea Victoria décrite par Osamu Shimamura). Ces études consistaient à décrypter le fonctionnement des pores nucléaires qui sont de grands complexes protéiques traversant l'enveloppe nucléaire, étant une double membrane entourant le noyau des cellules eucaryotes (Les pores nucléaires permettent les échanges entre le noyau et le cytoplasme). La protéine permet ainsi d’observer l'expression du patrimoine génétique des cellules (en fonctions des allèles codant modifiés à l'avance afin que la protéine GFP soit synthétisée.

Ces avancées scientifiques sont désormais employées en médecine car une fois le gène de la GFP inséré dans le génome d’une cellule, elle se multiplie avec elle ce qui permet au médecin d’étudier les déplacements et divisions des cellules filles.

Pour cela la GFP est utilisée comme gène rapporteur et est associée avec un gène d’intérêt. Le gène codant pour la GFP est placé dans la zone du gène qui code la protéine d’intérêt. Elles seront alors contrôlées par la même séquence régulatrice. Lorsque le gène sera exprimé, la protéine d’intérêt sera synthétisée et la GFP également.   On peut ainsi observer directement l’expression de ce gène dans la cellule si le gène d’intérêt s’exprime dans cette cellule. L’observation se fera par le biais de lumière d’une certaine longueur d’onde.

La GFP est souvent utilisée car elle possède plusieurs avantages : tout d’abord elle n’interagit dans aucun processus biologique d’intérêt, elle peut se répandre rapidement dans la cellule car c’est un monomère. De plus, tandis que les gènes rapporteurs utilisés avant la GFP (comme la fluorescéine) devaient tuer la cellule afin de l’observer tandis que la GFP s’accumule dans les cellules vivantes ce qui permet de voir l’évolution de cette cellule (ou organisme). Enfin la GFP une fois introduit dans le génome de la cellule se transmet par mitose aux cellules filles.

La GFP est utilisée en microscopie à fluorescence car elle n’est pas dangereuse une fois illuminée. Elle permet d’observer une fois liée avec une protéine l’expression de celle-ci ou de protéine similaire. Cette technique peut être réalisée in vitro ou in vivo (à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule).

Les rats ci-dessus ont subi une injection de cellules du cancer du sein transfectées par un gène codant pour la luciférase (c'est à dire qui exprime la luciférase). Cette enzyme va alors catalyser l'oxydation de la luciférine qui aura préalablement été injectée dans l'animal. L'énergie chimique formée sera transformée en énergie lumineuse et la cellule deviendra observable!

Les cellules qui se développeront pourront ainsi être observée par le biais de leur bioluminescence. Comme nous pouvons l'observer sur l'image :

Plus l’intensité lumineuse est forte (longueur d'onde élevée)  plus la réplication des cellules cancéreuses est importante.

Cette technique est aussi utile pour la recherche médicamenteuse, en effet une expérience a déjà été réalisée sur des souris greffées de cellules cancéreuses. Les chercheurs peuvent grâce à la luminescence, observer la métastase tout au long du traitement anti-cancéreux ou de la thérapie génique (technologie médicale se servant de l'ADN comme un produit pharmaceutique). Les gènes et les fragments de gènes sont transférés au patient afin de prévenir, de traiter ou de guérir une maladie).  L'avantage principal de l'imagerie médicale par bioluminescence est la possibilité d'un suivi en temps réel des processus biologiques.