分子影像学的发展

分子影像学的发展

第一章 简介

分子影像学(molecular imaging) 是21 世纪医学中具有相当重要价值的诊断学。其着眼于对疾病结构异常的分子的探测研究。随着人类社会的进步, 社会科学技术的发展已经达到了一个新的高度, 人们对医学界的要求也是越来越高, 现有的影像诊断技术(CT、MRI、B 超等) 已经不能满足对疾病的高效超前诊断。而现代细胞生物学、分子生物学技术空前的进步和发展、新型而高效的成像探针、小动物成像设备的成功发展等为分子影像学提供了条件。因此近年来国内外影像学专家、学者提出运用分子影像诊断技术为医学服务, 并不断对其技术进行改进研究, 这是新世纪医学的突破。分子影像学是从生理、生化水平显像从而达到认识疾病、阐明病变组织生物过程变化、病变细胞基因表达、代谢活性高低、病变细胞是否存活以及细胞内生物活动的状态等目的, 为临床早期诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平信息。

1.1 概念

广义上，分子影像学是一门在活体内、在细胞、分子水平对生物过程进行描述与测量的新兴交叉学科。其目的是通过研究和测试新的成像工具、试剂、方法，对活体内的重要分子，特别是对一些疾病的产生、发展有重要作用的基因／分子及其传导途径进行成像，以便早期诊断疾病、在体筛选活性药物及直接，快速，甚至实时评价治疗效果。

1.2 背景

早在1977年Brasch等 首次使用“molecular imaging”一词。Piwnica—Wormsl2 于2000年Orlando第48届大学放射科医师年会明确提出“molecular imaging”。2001年Weisslederl3 详细介绍分子影像学的定义为多种影像医学与细胞学、分子生物学、化学、医学、药理学、医学物理学、生物数学和生物信息学等组成的新型影像学。阐明与以往影像医学的异同．分子影像学的优点、缺点、作用等。2002年8月在美国波士顿正式成立了美国分子影像学学会，并进行了第一次年会。

1.3基本原理

分子影像学通过把分子和细胞生物学探针与现代仪器结合( PET、PET - CT 等) , 运用分子探针技术对活体生物和人体内的分子和细胞事件进行实时和非侵入式的成像技术。即把放射性核数标记的分子探针注入人体内, 使它在体内正常运转吸收,参与体内各种各样的生理活动。运用外置影像设备检测分子探针的活动情况, 并将其检测到的信号放大成影像图, 使能够在体外观察到人体内细胞、分子的活动情况, 了解其发生病变的早期迹象。它将对疾病前期发生发展做出准确的判断, 这样就能够在病变的早期或极早期得出诊断, 解决其晚发现难治疗的问题。

第二章 研究技术

2.1分子探针

分子探针是指能和靶结构特异性结合的物质(如配体或抗体等)与能产生影像学信号的物质(如同位素、荧光素或顺磁性原子等)以特定方法相结合，而构成的一种化合物，这些被标记的化合物分子能在体内和／或离体反映靶生物分子量和／或功能。关于分子探针的分类

方法较多，根据所用影像学检查手段的不同，可将之分为核医学探针、光学探针、MRI探针或超声探针。根据所用对比剂种类可还可将之分为靶向性探针和可激活探针。靶向性探针由与靶目标具有亲和性的配体(如抗体 肽或小分子化合物)经特定方法与同位素、荧光素、顺磁性复合物或声学对比剂连接而组成。该种探针与靶目标直接结合而成像，背景噪声较高是其主要缺点，因此，探针引入体内后。必须经过一段时间，以便使未被结合 游离于血液之中的对比剂被代谢清除，才能更好地显示靶目标的影像信息，目前靶向性探针主要用于显示分子结构及分布。可激活探针又被称为智能探针，该种探针可特异性激活靶分子，从而显示靶分子。其信噪比较高。

选择分子探针应该遵循以下原则：

(1)对靶分子具有高度特异性和亲合力；

(2)能反映活体内靶分子含量；

(3)具有较强的通透性，能顺利到达靶分子部位；

(4)无毒副作用；

(5)在活体内相对稳定；

(6)在血液循环中既能与靶分子充分结合又有适当的清除期，以避免“高本底”对显像的影响。

2.2成像技术

[1] 核医学成像

核医学分子成像技术包括单光子发射计算机体层显像fsingle photon emission

computed tomography，SPECT)和正电子发射体层显像(position emission tomography，PET)。核医学成像的灵敏度高，是目前最成熟的分子显像技术。

[2] 磁共振成像

分子水平的MR成像是建立在传统成像技术基础上，以特殊分子作为成像对象，其根本宗旨是将非特异性物理成像转为特异性分子成像。MR分子成像的优势在于它的高分辨力，同时可获得三维解剖结构及生理信息，这些正是核医学、光学成像的缺点。但是MR的敏感性较低，需要通过信号扩增系统来提高其敏感性。

[3] 光学成像

光学成像方法较多，主要有弥散光学成像、多光子成像、活体显微镜成像、近红外线荧光成像及表面共聚焦成像等。目前除了近红外线荧光成像、表面共聚焦和双光子成像外，其余的技术还只局限于实验研究中。光学成像有其较突出的优点：① 非离子低能量辐射。② 高敏感性。③ 可进行连续、实时监测。④ 价格相对较低。⑤ 染料激发和信号探测模式的灵活性。⑥ 无创性或微创性。

[4] 超声成像

超声分子影像学是近几年超声医学在分子影像学方面的研究热点，它主要是利用微泡对比剂介导来发现疾病早期的细胞和分子水平的变化。超声分子显像具有无创性、花费低等优点，随着细胞和分子成像方法的提高，靶对比剂的精确定位，超声分子显像对于疾病的早期诊断、治疗具有非常好的前景。

第三章 应用

目前为止，分子影像学主要应用在基础研究领域，受到学科本身发展水平和法律法规的

限制，临床前实验和临床实验很少开展。即便如此，分子影像学仍显示了很好的应用前景。

[1] 疾病的早期诊断

目前临床对疾病的影像学诊断是以大体病理改变为基础的，远远晚于在分子、细胞、组织水平的病变。用分子影像学可对分子水平的病变进行检测，而不单单是疾病终末期的解剖改变。所以分子影像学可较常规影像更早、更准确地发现病变，并对病变进行定性，使得临床医生在疾病的发生、形成阶段进行有效的干预，往往可以逆转、阻止或延缓其发生。

[2] 疗效观察

肿瘤性病变的保守治疗通常用常规影像方法评价治疗一定时间后肿瘤体积的缩减来观察疗效，而用分子影像学方法在治疗的极早期就可以反映出治疗的疗效。如应用于化疗的疗效评价，不必在治疗多疗程后复查肿瘤的大小变化(这是非常不敏感的方法)，只要反映治疗药物的作用靶点有没有变化，药物作用过程中一些关键的分子标记(Maker)有没有改变，即可推论这种治疗有没有产生效用。这种极其敏感的评价方法在治疗疗效评价中有着巨大应用价值。

[3] 药物研发

药物的研发中要进行大量的临床前和临床实验，应用分子影像学技术可以极大缩短药物的研制、开发、临床前研究时间。利用分子影像学技术，将受试验的药物用探针标记，再将这种标记过的药物取微克量注射到动物体内，就可以监测药物在动物体内的运行情况，从而判断该药物是否能准确到达靶区，这是动物试验阶段决定药物是否有效的重要步骤。

[4] 基因功能研究

采用分子影像学的方法，基于基因功能及信号通道知识，通过设计一系列特异性探针，建立高通量的基因功能体内分析系统，可望实时显示该基因在体内的作用过程。在基因治疗方面，也同样可在体内观察基因载体在体内转基 …… 此处隐藏：2613字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……