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分子影像学:精于诊疗 谋求创新
中华核医学与分子影像杂志, 2016,36(01): 10-11. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2016.01.004
摘要
引用本文: 滕皋军, 王玉. 分子影像学:精于诊疗 谋求创新 [J]. 中华核医学与分子影像杂志,2016,36( 1 ): 10-11. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-2848.2016.01.004
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分子影像学早期受硬件设备自身的限制,一直在不断地摸索中前进。科学技术的发展、各专业学科间的交叉渗透,为分子影像学的蓬勃发展提供了契机,当前分子影像学正以"百花齐放、百家争鸣"的态势,稳步地向前推进。

分子影像学,即借助分子探针,运用影像设备实时观测活体细胞、组织以至于整个系统在细胞甚至分子水平发生的生理、生化事件[1]。分子探针由靶向受体亲和结合组件和报告成像组件组成。纵观近年来的发展,前者从蛋白质、多肽、microRNA到核酸适配体及外源性药物,靶点逐渐囊括生物代谢途径的每个分子事件,这归功于致力于探索人体奥秘的基础生物学者的努力;后者从MR、PET、SEPCT、光学等单一模态成像发展到多模态融合成像,理工学及计算机学专家功不可没。分子影像技术正迅猛发展,涉猎范围涵盖疾病诊断、临床术中实时引导、疾病疗效评估及转归预后预测[2]。从目前看,分子影像的优势在于其时效性,这是传统分子生物学及病理学检测手段所无法比拟的;而从长远看,其背后暗含的巨大卫生经济效益及其对传统医疗行为的巨大变革潜力更是让医者、病患及相关科研学者为之振奋。"厉兵秣马",由影像学家牵头的、由大批医学、生物学、工学、理学等领域的专家学者共同组成的研究团队,为分子影像学的长远发展提供了充足的人才和知识储备。

目前应用于分子影像研究的成像设备包括核医学、放射学、光学、超声设备等。不同成像设备有其不同的优势及缺陷,这就需要多学科合作,以临床需求为导向,优化并研发出目的性和适用性更高的成像系统。另一方面,单一报告基团的分子探针存在不可避免的局限性,如MR成像基团的灵敏度较低、光学材料的穿透性较差、核素显像的空间分辨率不高等,多模态成像系统应运而生。首先,多模态成像探针不断被开发,使在体疾病诊断的可视性更高。其次,积极开发完善多种成像融合系统及研发一体化成像设备,将能进一步克服图像融合产生的信息误差或信息丢失。目前已用于临床的最具代表性的多模态成像设备为PET/CT,美国Time杂志给予其"患者一次成像,医师获得其全身信息"的高度评价。2014年全国核医学设备普查结果显示,中国大陆用于临床前实验研究的PET/CT共8台,服务于临床的PET/CT已达198台,80%以上的PET/CT检查者为肿瘤患者,在PET/CT指导下的肿瘤靶向放疗、疗效及预后评估取得的成绩令人瞩目[3]

2008年世界上第1幅同时采集人脑PET/MR图像的诞生,使分子影像领域展开了新的篇章[4]。PET/MR一体机是当代最前沿的用于临床的分子影像设备。MR独特的极高软组织分辨率、多参数多序列带来的丰富生物信息及生物安全性佳的特征,使其在实际应用中较PET/CT更胜一筹,尤其是在神经系统、软组织脏器病灶检出方面。目前,我国已有数家大型三甲医院配置了这一设备。但PET/MR的一些问题也不容忽视,如患者前期准备时间及检查时间长、成本昂贵、操作技术人员被动辐射剂量增加、MR本身扫描禁忌证及图像易产生伪影等。因此,推广PET/MR配置及临床应用前,需做好相关法律法规的制定、上岗人员的配置及操作流程的规范化。

2012年,The New England Journal of Medicine的1篇文章指出,未来医学发展的目标是精准医学[5]。2015年1月,美国宣布开始启动精准医学的国家计划,并投入2.15亿美元用于个体化医疗的发展应用,包括欧盟和我国在内的世界各国纷纷推出了精准医学的政府战略规划,这预示着精准医学将挑战或取代传统医疗模式。精准医学的基本概念是:"应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术,结合患者生活环境和临床数据,实现精准的疾病分类及诊断,制定具有个性化的疾病预防和治疗方案"。显然,实现该目标仍需攻克大量的技术障碍。以恶性肿瘤为例,肿瘤在基因、蛋白质方面的复杂性正是精准医学面临的巨大挑战:如何精确定位肿瘤基因突变的发生位点、如何选择最优化的治疗方案、如何将治疗药物靶向作用于"罪犯"基因等。而分子影像正是逾越上述"鸿沟"、实现精准诊断与精准治疗的"桥梁"[6]。分子影像未来的发展趋势也将与精准医学的实现息息相关。首先,分子影像是靶向成像,精准医学的第一步是精确诊断。传统的肿瘤分型依赖于离体病理学检测手段,操作复杂、耗时长,分子影像技术恰可弥补这一缺陷,在体成像技术可更准确地定性定量靶点表达状态,避免人为及外界干扰因素,还可以动态观察靶点在疾病发生转归中的变化。一些已经取得的成果[如乳腺癌原癌基因、人类表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor 2, HER2)基因、肺癌表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)基因、肿瘤血管αvβ3基因成像]等已逐渐应用于临床,预示着分子影像将使得个体化精确诊断成为可能。实现这一宏伟目标不仅基于新的成像靶点的发掘,也对合成特异性高、亲和力强的探针提出了更高要求。精准医学的终极目标是精准治疗,前提即为药物靶向作用于病变部位,以期最大程度降低毒性及不良反应。而这恰恰又与分子影像学的发展目标不谋而合,当前分子影像探针已不再局限于单纯用于活体诊断,诊疗一体化(theranostic)才是更值得探索的领域。例如基于金纳米颗粒的光热学治疗(photothermal therapy)和光动力疗法(photodynamic therapy),利用金材料本身独特的理化特性,实现在靶向肿瘤成像的同时,给予定向治疗;将化疗药物包裹于分子探针内部,便可通过探针的主动或被动靶向使得药物浓聚在靶部位,以最低剂量发挥最大效用。因此,新一代的分子探针构建还需兼顾如何保证负载治疗药物的顺利释放、如何最大限度确保药物疗效不被破坏及如何实现多元复合靶向给药[7]。分子影像的本质是无创成像,但是通过手术、穿刺、经导管或腔镜等方式导入分子探针的介入分子影像(interventional molecular imaging)技术更贴近于临床应用。如近红外光学成像方法便通过上述技术,克服了光学穿透性弱的缺陷,进而实现了临床应用[8,9]

2015年召开的世界分子影像学大会提出了"精准医学……可视化(Precision Medicine…Visualized)"的会议主题,预示分子影像学向实现所有生物标记和事件"可视化"的目标宣战。2015年北美放射学年会(Radiological Society of North America, RSNA)正是以"创新是我们的未来(innovation is the key to our future)"为主题,RSNA主席Ronald L. Arenson教授和美国医学会会长Darrell G. Kirch教授也一再强调了创新在未来医学影像事业中的决定性地位。因此,从事分子影像学的同仁们要不断进行思维创新、知识创新及技术创新,加速分子影像学的研究成果向临床转化,为未来的精准医学时代做好准备。

参考文献
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