分子影像學(xué)研究進(jìn)展

何煒璐

1 引言

分子影像學(xué)是指在活體狀態(tài)下，在細(xì)胞和分子水平上，應(yīng)用影像學(xué)方法對(duì)人或動(dòng)物體內(nèi)的生物學(xué)過程成像，進(jìn)而開展定性和定量研究的一門學(xué)科。隨著分子生物學(xué)研究的飛速發(fā)展，尤其是基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的進(jìn)展，迫切需要某種手段來監(jiān)測(cè)其研究對(duì)象在生物活體內(nèi)的過程，于是，以細(xì)胞、基因或分子及其傳遞途徑為成像對(duì)象的分子影像學(xué) （Molecular Imaging）應(yīng)運(yùn)而生[3]。與傳統(tǒng)影像學(xué)對(duì)比，分子影像學(xué)著眼于生物過程的基礎(chǔ)變化，而不是這些變化的最終結(jié)果。分子影像技術(shù)被用于研究結(jié)構(gòu)學(xué)（空間），化學(xué)（試劑），動(dòng)力學(xué)（時(shí)間）以及物理學(xué)（能量、光學(xué)、位相、偏振）等領(lǐng)域。

如今各個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的高速發(fā)展，分子影像學(xué)這門新興的交叉學(xué)科越來越受到研究學(xué)者的重視，分子影像學(xué)的發(fā)展也極為迅速，技術(shù)與應(yīng)用繁多。本文對(duì)分子影像學(xué)研究進(jìn)展展開綜述，以期為今后分子影像學(xué)的研究提供參考。

2 成像技術(shù)

分子影像學(xué)的成像技術(shù)有多種，根據(jù)所用影像學(xué)檢查手段的不同，其中應(yīng)用最多的分子影像學(xué)技術(shù)可分為光學(xué)分子成像、超聲分子成像和磁共振分子成像等。每項(xiàng)成像技術(shù)都有其優(yōu)劣勢(shì)，如光學(xué)分子成像技術(shù)有無創(chuàng)、靈敏、安全、可重復(fù)成像的優(yōu)點(diǎn)，但光學(xué)成像技術(shù)的透入深度有限、穿透力差，還待進(jìn)一步改善;超聲成像技術(shù)具有無創(chuàng)、安全、方便、廉價(jià)、的優(yōu)點(diǎn)，但分辨率與清晰度較低;核醫(yī)學(xué)成像具有較高的敏感性非常適合體內(nèi)成像，但是它有一定輻射;磁共振分子成像具有無創(chuàng)、無輻射、多平面和多序列成像、軟組織分辨率高等優(yōu)點(diǎn)[24]，但是敏感性較差。

2.1光學(xué)分子成像

光學(xué)分子成像是在基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和現(xiàn)代光學(xué)成像技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域，其突出特點(diǎn)是非侵入性地對(duì)活體內(nèi)參與生理和病理過程的分子事件進(jìn)行定性或定量可視化觀察。光學(xué)分子成像是一種采用生物發(fā)光和熒光燃料進(jìn)行活體動(dòng)物體內(nèi)標(biāo)記目的細(xì)胞，通過光學(xué)成像儀器對(duì)生物體內(nèi)細(xì)胞生物學(xué)活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)的的一種技術(shù)。

2.2超聲分子成像

超聲分子成像是以現(xiàn)有的超聲醫(yī)學(xué)超聲成像為基礎(chǔ)而形成的新的成像技術(shù)[35]，超聲分子影像是指在靶向性的超聲造影劑作為介導(dǎo)，配體連接在造影劑的表面，能夠通過血液到達(dá)特定靶區(qū)，細(xì)胞經(jīng)過微泡造影劑的吸附后，可提高靶向細(xì)胞的成像信號(hào)。

2.3核醫(yī)學(xué)成像

分子影像學(xué)研究的初級(jí)階段，主要是核醫(yī)學(xué)成像，核醫(yī)學(xué)成像的靈敏度極高，是目前最成熟的分子成像技術(shù)。核醫(yī)學(xué)成像的成像原理是通過注射放射性核素標(biāo)記物，然后利用成像設(shè)備對(duì)活體顯像，能夠無創(chuàng)地在分子水平監(jiān)測(cè)體內(nèi)生物學(xué)活動(dòng)，核醫(yī)學(xué)的成像模式主要分為直接顯像和間接顯像。

2.4磁共振分子成像

磁共振分子成像技術(shù)是以特殊分子作為成像依據(jù)，定性或定量研究生物組織內(nèi)基因表達(dá)、代謝活性高低及細(xì)胞內(nèi)生物活動(dòng)狀態(tài)等結(jié)構(gòu)及功能變化的生理過程，將非特異性物理成像轉(zhuǎn)為特異性分子成像，進(jìn)而能在活體狀態(tài)下監(jiān)測(cè)病變發(fā)展過程，研究病理機(jī)制[42]，在基因治療后、表型改變前評(píng)價(jià)治療的早期效能，所以評(píng)價(jià)疾病的指標(biāo)更加完善和具備特異性，可提供較傳統(tǒng)的組織學(xué)檢查更立體、快速的三維信息[43]。

3成像技術(shù)研究進(jìn)展

3.1光學(xué)分子成像研究進(jìn)展

光學(xué)分子影像學(xué)技術(shù)作為分子影像學(xué)的重要組成部分，光學(xué)成像技術(shù)具有高靈敏度、高時(shí)間與空間分辨率、多參量檢測(cè)和低損傷等優(yōu)點(diǎn)[15]。目前，光學(xué)成像技術(shù)已成為腫瘤診斷、治療、療效判斷及抗腫瘤藥物篩選等研究領(lǐng)域中不可缺少的工具[16]。光學(xué)成像技術(shù)能在生物體內(nèi)實(shí)現(xiàn)高靈敏度與精準(zhǔn)性的腫瘤成像是傳統(tǒng)影像不可比擬的。并且光學(xué)成像技術(shù)還廣泛應(yīng)用在臨床轉(zhuǎn)化與醫(yī)療實(shí)踐中，光學(xué)多模態(tài)成像、切倫科夫發(fā)光成像和光學(xué)成像可用于指導(dǎo)外科手術(shù)[17、18]。在分子成像時(shí)期，光學(xué)技術(shù)對(duì)促進(jìn)高靈敏度醫(yī)學(xué)診斷及個(gè)體化治療的發(fā)展具有很大的前景，雖然如今其無法橡CT、PET、MRI一樣在臨床廣泛推廣，但是他在臨床前的研究已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用、這加快了研究者的研究腳步，光學(xué)分子成像成為如今最有希望成為臨床應(yīng)用主力的成像技術(shù)。

3.2超聲分子成像研究進(jìn)展

超聲分子成像是以現(xiàn)有的超聲醫(yī)學(xué)超聲成像為基礎(chǔ)而形成的新的成像技術(shù)，利用具有靶向性的造影劑為探針，來檢測(cè)血管內(nèi)皮細(xì)胞分子表達(dá)變化。經(jīng)過微泡造影劑的吸附后，可提高靶向細(xì)胞的成像信號(hào)，經(jīng)過特定的序列檢查，對(duì)早期的腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化等病變有極高的敏感性。超聲分子成像目前正處于起步發(fā)展階段，因?yàn)樗踩奖悴僮?，能夠?qū)崟r(shí)成像，擁有良好的空間分辨率和檢測(cè)深度[20]，可以應(yīng)用超聲分子成像技術(shù)來觀察靶區(qū)在組織水平、細(xì)胞及亞細(xì)胞水平的成像，以此反映病變區(qū)組織在分子基礎(chǔ)方面的變化，能夠?qū)δ[瘤疾病、心血管疾病等進(jìn)行特異性成像，所以超聲分子成像技術(shù)在評(píng)估腫瘤與心血管疾病等方面極有應(yīng)用價(jià)值。如今，不止是有微泡造影劑還對(duì)多功能的超聲造影劑進(jìn)行了研究，多功能的造影劑能夠提高傳統(tǒng)造影劑的成像精準(zhǔn)性，隨在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)取得了可人的成績(jī)，超聲分子成像成為最有希望率先從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入臨床的檢查手段[21]。

3.3核醫(yī)學(xué)成像研究進(jìn)展

分子影像學(xué)研究的初級(jí)階段，主要是核醫(yī)學(xué)成像。核醫(yī)學(xué)成像的成像原理是通過注射放射性核素標(biāo)記物，然后利用成像設(shè)備對(duì)活體顯像，能夠無創(chuàng)地在分子水平監(jiān)測(cè)體內(nèi)生物學(xué)活動(dòng)，核醫(yī)學(xué)的成像模式主要分為直接顯像和間接顯像。核醫(yī)學(xué)成像在分子影像學(xué)中占據(jù)了非常重要的位置，雖然中國(guó)對(duì)核醫(yī)學(xué)影像的研究起步較晚，但是如今的研究已可用于檢測(cè)腫瘤診斷、心血管疾病診斷等。核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（PET和SPECT）在臨床上現(xiàn)已使用檢測(cè)高糖代謝的分子探針（FDG），同時(shí)SPECT的研制工作已經(jīng)取得一定的成果，該技術(shù)有較高的敏感性非常適合體內(nèi)成像，但是它有一定的輻射和空間分辨率不高的缺點(diǎn)。隨著核醫(yī)學(xué)檢查技術(shù)不斷發(fā)展，在成像的操作過程中也不可避免輻射，所以在進(jìn)行操作是應(yīng)該制定科學(xué)的防護(hù)策略。目前，核醫(yī)學(xué)成像在臨床上，已廣泛應(yīng)用于腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心腦血管疾病的早期診斷;在疾病病理學(xué)研究、腫瘤治療效果評(píng)估、藥物研發(fā)等領(lǐng)域，核醫(yī)學(xué)成像也發(fā)揮著越來越大的作用。

3.4磁共振分子成像研究進(jìn)展

磁共振是一種無創(chuàng)性檢查技術(shù)，與分子生物學(xué)存在一定關(guān)系，磁共振分子成像在臨床疾病的診斷中一直是重要的角色，特別是近年來磁共振技術(shù)發(fā)展迅速，磁共振分子成像也發(fā)展的更加快速。磁共振分子成像多應(yīng)用于基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，且主要應(yīng)用于臨床前研究，其在基因顯像、血管生成、疾病的早期診斷、療效評(píng)估及藥物篩選等方面已取得可喜的研究成果。隨著現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，基于MRI的分子影像學(xué)也得以快速發(fā)展。利用各類分子探針，不但可用于腫瘤及非腫瘤疾病靶向診斷、治療及療效評(píng)價(jià)，還可以用于細(xì)胞監(jiān)測(cè)和追蹤、基因治療等[47]目前，磁共振腫瘤分子成像目前仍處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或臨床前試驗(yàn)階段，所以需要研究開發(fā)出新的更加安全的探針，更敏感的設(shè)備，才能使磁共振分子成像技術(shù)夠盡早投入臨床使用，為腫瘤病人提供早期的診斷，更好的把握治療時(shí)期。

4展望

分子影像學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，在國(guó)內(nèi)學(xué)者共同的研究下已經(jīng)取得了許多令人欣喜的成果。有關(guān)分子影像學(xué)相關(guān)的研究與應(yīng)用，雖然更多的是在臨床前研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但是在不久的將來隨著成像設(shè)備的發(fā)展、新型分子探針的制備，分子影像學(xué)能夠更多的在臨床上廣泛的運(yùn)用，能成為疾病預(yù)防與治療的重要紐扣。更多的分子探針進(jìn)入臨床前研究階段，為臨床提供了更好的選擇。隨著研究的不斷深入，分子影像學(xué)有望給醫(yī)學(xué)的檢測(cè)帶來研究參考。

參考文獻(xiàn)：

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