探索科学前沿的分子成像(之一)
分子成像的概念
分子成像作为一门在近几年内发展起来的崭新的学科领域，使疾病在基因水平上的早期诊断和监测以及更进一步地微观评价疗效成为可能。譬如在肿瘤病例中，肿瘤的部位和侵袭度等检测指标可由特异性更强的癌前病变分子的异常、细胞生长动力学、血管生长因子、肿瘤细胞标记物、基因的改变来代替。这种成像手段若与新型靶向治疗相结合，可在肿瘤的表型产生之前进行疗效评估。
同时，体内分子成像可在机体完整的微环境状态下观察生物系统的病理过程。此外，与现今费时耗力且有创的检查技术如组织活检分析技术相比，分子成像还可提供更为优越的三维信息。
分子成像的途径
显示分子信息的关键在于运用高特异性的成像专用探针、相应的放大技术和敏感高效的图像检出系统。与体外检测相比，体内成像的关键可能在于探针必须有生物活性、活体内存在的运载障碍而体外无此种困难以及开发必要的专用放大技术。因此，目前研究工作主要包括四个方面：合适的配体即分子探针；有效的组织和细胞内靶向技术；由于常用的靶向浓度在微微(pico-)或毫微(nano-)水平，因此，有效的放大技术是必需的；具有高空间分辩率及高敏感性的成像系统。
, 百拇医药
目前，提取分子信息最常用的显像方法有核医学成像技术、磁共振成像技术(MR)和光学成像技术。它们虽各有千秋，但选用何种方法则取决于特定的研究方向和所要证明的假设。当底物能够轻易地被正电子发射器标记而作为靶向时，通常采用正电子发射体层射影(PET)成像技术作为相适宜的检查方法，如用标记的FIAU或鸟嘌呤核苷显示单纯疱疹病毒苷激酶的表达。
另外，核医学成像技术也较适用于跟踪小剂量标记的治疗药物，研究药物的抗药性或释放系统如病毒载体。而MR技术与同位素等其它技术相比则具有两大优点：即较高的空间分辨率(微米级)和可同时获得生理、解剖信息。显微MR成像可望对生物学发展、转基因动物、细胞转运等方面产生巨大影响，但MR成像敏感性较同位素成像技术低数个数量级，通常为毫摩尔单位而不是微微摩尔单位。因此这也是需要开发信号放大技术的原因。最近，细胞标记技术的发展已使得在单个细胞水平上的体外跟踪干细胞、原始细胞或细胞系统表达的转基因成为可能，最终，光学成像技术在分子生物学、细胞生物学和活体表面成像中得到了运用。
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研究人员认为，一种以远红外光谱为基础的光学断层成像系统将有可能成为新的成像方法。远红外光学成像的优点之一就是淬灭荧光标记若与靶向目标发生特定的分子间反应后能够产生强烈荧光。这种对分子特异性标记的方法特别适用于显象酶，如DNA和/或RNA靶。此外，远红外光学成像技术的另一特点是可采用具有多种成像特性的数个探针，类似于体外的染色体组型。
成像的基因传递与表达
现今在美国进行的基因治疗试验已超过250种，用于辅助微创介入外科成像的放射技术，还可有利于显示和测定靶向基因的分布并对基因的表达进行成像。研究人员还对病毒载体的立体分布以级随之产生的解剖学变化作了描述，虽然对基因分子的直接成像技术仍停留在实验性的水平阶段，但标记病毒载体诸如复制缺陷型疱疹病毒或腺病毒的方法已有报道。研究人员认为，目前利用病毒标记技术可有助于估测其基因分布进入各种靶器官或癌组织的情况，以对改善基因分布的治疗方式作出评价。
, http://www.100md.com
对基因表达的成像是参照体内蛋白质的成功表达设计的。一些不同类型的标记基因成像方法如单纯疱疹病毒胸苷激酶系统的获取最为引人注意。其机理在于胞内表达的是病毒胸苷激酶而非内源性的哺乳动物胸苷激酶作用于磷酸化治疗(如鸟嘌呤核苷)或成像前用药(用F18标记的鸟呤核苷)中，使之不再滞留在细胞膜内。在其它相近技术的开发中，最令人感兴趣的是胞嘧啶脱氨酶，它具有活化抗肿瘤前药的作用，并能通过MR成像进行检测。
内源基因的表达成像
现在，多数哺乳动物的内源基因的表达及调节仅限于体外而不能反映体内情况。分子成像研究的目的之一就在于开发并证实“成像基因”的存在。然后利用这些基因的记录直接促使启动子活动成像。该项研究中的一个特殊例子就是血管内皮细胞生长因子启动子激活体内绿色荧光蛋白表达成像，然后可借助活体显微镜进行观察。近来发现绿色荧光蛋白的异构体含有其它的配体，并可与钛99m诊断标记物结合，同时也可用核医学成像技术进行检测。由此可以展望用这些新的技术和转基因动物模型将有助于人们了解关键酶调节基因的作用以及它们在体内的表达。
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早期检测与分子特性
分子成像的应用还可使疾病的诊断水平提前至早期的分子异常阶段，但目前成功的病例尚不多见。然而，乳腺癌或前列腺癌可信赖肿瘤相关酶的肿瘤化表达进行早期诊断。目前正在研究中的关键酶包括：组织蛋白酶、前列腺特异性抗原和金属蛋白基质。与传统靶向方法(如抗体等)不同的是，这些酶可具有成像前药的性质，即除非被激活，否则不能进行检测。
药物治疗的成像
药效的体内测定是传统药效检测的一个瓶颈。分子成像的应用可有助于新药品开发中的药物动力学和动态学分析，促进药品的早期开发，即在表型变化发生之前对早期、客观的标记物进行研究。理想的标记物成像技术包括对治疗药物有特异性的分子靶向物，如酶、受体、信号传递系统；而对于那些长效、昂贵的药物，分子成像也可辅助改进治疗，减低风险，降低费用；同时还可借助分子成像了解新药物在体内的转运障碍，特别是病毒活细胞系统中的大分子物质的转动障碍。, 百拇医药
分子成像作为一门在近几年内发展起来的崭新的学科领域，使疾病在基因水平上的早期诊断和监测以及更进一步地微观评价疗效成为可能。譬如在肿瘤病例中，肿瘤的部位和侵袭度等检测指标可由特异性更强的癌前病变分子的异常、细胞生长动力学、血管生长因子、肿瘤细胞标记物、基因的改变来代替。这种成像手段若与新型靶向治疗相结合，可在肿瘤的表型产生之前进行疗效评估。
同时，体内分子成像可在机体完整的微环境状态下观察生物系统的病理过程。此外，与现今费时耗力且有创的检查技术如组织活检分析技术相比，分子成像还可提供更为优越的三维信息。
分子成像的途径
显示分子信息的关键在于运用高特异性的成像专用探针、相应的放大技术和敏感高效的图像检出系统。与体外检测相比，体内成像的关键可能在于探针必须有生物活性、活体内存在的运载障碍而体外无此种困难以及开发必要的专用放大技术。因此，目前研究工作主要包括四个方面：合适的配体即分子探针；有效的组织和细胞内靶向技术；由于常用的靶向浓度在微微(pico-)或毫微(nano-)水平，因此，有效的放大技术是必需的；具有高空间分辩率及高敏感性的成像系统。
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目前，提取分子信息最常用的显像方法有核医学成像技术、磁共振成像技术(MR)和光学成像技术。它们虽各有千秋，但选用何种方法则取决于特定的研究方向和所要证明的假设。当底物能够轻易地被正电子发射器标记而作为靶向时，通常采用正电子发射体层射影(PET)成像技术作为相适宜的检查方法，如用标记的FIAU或鸟嘌呤核苷显示单纯疱疹病毒苷激酶的表达。
另外，核医学成像技术也较适用于跟踪小剂量标记的治疗药物，研究药物的抗药性或释放系统如病毒载体。而MR技术与同位素等其它技术相比则具有两大优点：即较高的空间分辨率(微米级)和可同时获得生理、解剖信息。显微MR成像可望对生物学发展、转基因动物、细胞转运等方面产生巨大影响，但MR成像敏感性较同位素成像技术低数个数量级，通常为毫摩尔单位而不是微微摩尔单位。因此这也是需要开发信号放大技术的原因。最近，细胞标记技术的发展已使得在单个细胞水平上的体外跟踪干细胞、原始细胞或细胞系统表达的转基因成为可能，最终，光学成像技术在分子生物学、细胞生物学和活体表面成像中得到了运用。
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研究人员认为，一种以远红外光谱为基础的光学断层成像系统将有可能成为新的成像方法。远红外光学成像的优点之一就是淬灭荧光标记若与靶向目标发生特定的分子间反应后能够产生强烈荧光。这种对分子特异性标记的方法特别适用于显象酶，如DNA和/或RNA靶。此外，远红外光学成像技术的另一特点是可采用具有多种成像特性的数个探针，类似于体外的染色体组型。
成像的基因传递与表达
现今在美国进行的基因治疗试验已超过250种，用于辅助微创介入外科成像的放射技术，还可有利于显示和测定靶向基因的分布并对基因的表达进行成像。研究人员还对病毒载体的立体分布以级随之产生的解剖学变化作了描述，虽然对基因分子的直接成像技术仍停留在实验性的水平阶段，但标记病毒载体诸如复制缺陷型疱疹病毒或腺病毒的方法已有报道。研究人员认为，目前利用病毒标记技术可有助于估测其基因分布进入各种靶器官或癌组织的情况，以对改善基因分布的治疗方式作出评价。
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对基因表达的成像是参照体内蛋白质的成功表达设计的。一些不同类型的标记基因成像方法如单纯疱疹病毒胸苷激酶系统的获取最为引人注意。其机理在于胞内表达的是病毒胸苷激酶而非内源性的哺乳动物胸苷激酶作用于磷酸化治疗(如鸟嘌呤核苷)或成像前用药(用F18标记的鸟呤核苷)中，使之不再滞留在细胞膜内。在其它相近技术的开发中，最令人感兴趣的是胞嘧啶脱氨酶，它具有活化抗肿瘤前药的作用，并能通过MR成像进行检测。
内源基因的表达成像
现在，多数哺乳动物的内源基因的表达及调节仅限于体外而不能反映体内情况。分子成像研究的目的之一就在于开发并证实“成像基因”的存在。然后利用这些基因的记录直接促使启动子活动成像。该项研究中的一个特殊例子就是血管内皮细胞生长因子启动子激活体内绿色荧光蛋白表达成像，然后可借助活体显微镜进行观察。近来发现绿色荧光蛋白的异构体含有其它的配体，并可与钛99m诊断标记物结合，同时也可用核医学成像技术进行检测。由此可以展望用这些新的技术和转基因动物模型将有助于人们了解关键酶调节基因的作用以及它们在体内的表达。
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早期检测与分子特性
分子成像的应用还可使疾病的诊断水平提前至早期的分子异常阶段，但目前成功的病例尚不多见。然而，乳腺癌或前列腺癌可信赖肿瘤相关酶的肿瘤化表达进行早期诊断。目前正在研究中的关键酶包括：组织蛋白酶、前列腺特异性抗原和金属蛋白基质。与传统靶向方法(如抗体等)不同的是，这些酶可具有成像前药的性质，即除非被激活，否则不能进行检测。
药物治疗的成像
药效的体内测定是传统药效检测的一个瓶颈。分子成像的应用可有助于新药品开发中的药物动力学和动态学分析，促进药品的早期开发，即在表型变化发生之前对早期、客观的标记物进行研究。理想的标记物成像技术包括对治疗药物有特异性的分子靶向物，如酶、受体、信号传递系统；而对于那些长效、昂贵的药物，分子成像也可辅助改进治疗，减低风险，降低费用；同时还可借助分子成像了解新药物在体内的转运障碍，特别是病毒活细胞系统中的大分子物质的转动障碍。, 百拇医药