1、分子成像探针,程艳,山西医科大学第一医院核医学科,一、概述二、分子探针与成像靶点结合的基础三、亲和组件的高通量筛选四、常见的分子成像探针,（一）探针,分子生物学中，指用于检测互补核酸序列的标记DNA或RNA分子影像学中，指能够与某一特定生物分子（如蛋白质、 DNA、RNA ）或者细胞结构靶向特异性的结合，并可供体内或（和）体外影像学示踪化合物分子，这些标记化合物分子能够在活体或（和）离体反映其靶生物分子的量和（或）功能,2个特征,对于疾病密切相关的靶分子具有高度亲和力和靶向特异性可供影像学设备在活体内进行示踪,（二）常见类型,按照探针与靶点结合的原理，分为靶向性分子探针和非靶向性分子探针根据不
2、同成像技术要求，分为光学分子探针、放射性核素分子成像探针、磁共振分子成像探针、超声分子成像探针,常见类型,根据探针亲和组建的成分或特征可分为受体靶向分子探针、抗体靶向分子探针抗体片段靶向探针、多肽靶向探针、反义寡核苷酸探针、可激活的分子探针根据探针的作用原理不同，分为“房室型”探针、靶向性探针、 “智慧型”探针根据来源不同，分为内源性探针、外源性探针,（三）一般设计要求,对其靶生物分子具有高度特异性和亲和力，如能同时反映其靶生物分子的功能则更好在细胞内聚集的量与靶生物分子含量或表达量成比例，当细胞内不含有靶生物分子时，细胞内不应该残留分子成像探针对细胞表面和细胞内的相互的靶生物分子的结合不应该
3、存在倾向性差异在到达靶生物分子前没有明显地受到血管通透性、组织静态压力等影响,（四）一般设计要求,机体不会对分子成像探针产生明显免疫反应或其他不良反应探针在体内相对稳定探针在血液中不会被血细胞非特异结合探针有良好的组织分布性排泄途径对结果分析不造成不利影响放射性分子成像探针可用多种放射性核素标记，适合SPECT和PET成像,（五）分子探针穿透生物屏障的常见机制,通过细胞的特异性功能(如配体的捕获)转运具有生物膜穿透性的分子探针用物理方法传递无生物膜穿透性的分子探针转染剂转运法肽类基膜置换物介导法,一、概述二、分子探针与成像靶点结合的基础三、亲和组件的高通量筛选四、常见的分子成像探针,分子探针与
4、成像靶点结合的基础,受体与配体的分子识别抗原抗体特异性分子识别酶与底物的分子识别特异蛋白之间的分子识别核苷酸链之间的分子识别蛋自质与核酸分子的分子识别,一、概述二、分子探针与成像靶点结合的基础三、亲和组件的高通量筛选四、常见的分子成像探针,探针具备以下特征,探针对靶点必须具备高精度的亲和力非特异性结合要尽可能低，这样就能够获得很低的背景噪声，提高信噪比有足够长的半衰期供检查探测，同时要求排出体内的速度要相对快，以便能重复检查探针无药理学作用无毒副作用,一、概述二、分子探针与成像靶点结合的基础三、亲和组件的高通量筛选四、常见的分子成像探针,常见的分子成像探针,(一)放射性核素分子成像探针(二)光
5、学分子成像探针(三)磁共振分子成像探针,(一)放射性核素分子成像探针,放射性核素灵敏度极高检测10-1810-14g少于1000个分子的核酸含量,待测物质浓度与检测手段,临床化学分析,pg/mL,ng/mL,mg/mL,mg/mL,g/L,免疫分析,Therapeutic Drugs,Thyroid Hormone,Fertility Hormone,Allergy,Cancer Markers,Infectious Disease,Vitamins,Serum Proteins,常量,微量,超微量,(一)放射性核素分子成像探针,1、代谢成像探针2、血管生成成像探针3、细胞凋亡成像探针4、细胞
6、增殖成像的探针5、乏氧成像探针6、受体成像探针,1、代谢成像探针,糖代谢成像氨基酸代谢成像胆碱代谢成像脂肪酸和醋酸代谢,PET/CT,基因水平变化,蛋白质改变,代谢变化,细胞水平变化,淋巴结转移,肿块形成,酶受体抗体,糖代谢氨基酸磷脂,细胞形态,基因表达DNA序列,肿块结构,PET18F-FES11C- PD153035,PET18F-FDG11C-MET11C-胆碱18F-FMISO,CT解剖结构血流灌注,PET18F-FHBG18F-OND18F-FLT,PET-CT分子影像,CT13NH3,PET-CT在诊断治疗中应用,OH,2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖 葡萄糖,CH2OH,OH,O
7、H,O,OH,OH,18F-FDG & 葡萄糖,Glucosetransporterprotein,K3,K4,Hexokinase,Cell,Glucose-6-phosphatase,18F-FDG-1-P,Glycogen,18F-fru-6-P,Glycolysis,18F-FDG-6-phospho-glucono-lactone,HMPshunt,18F-FDG,Vessel,K1,K2,18F-FDG,18F-FDG-6P,18F-FDG代谢示意图,18F-FDG-6-pin cancer cell,Positron,18F-FDG-6-pin cancer cell,Posit
8、ron,18F-FDG-6-pin cancer cell,e-,e-,Positron,photon,photon,18FDG-6-pin cancer cell,crystal,crystal,PET/CT肿瘤显像流程,PET/CT图像的研读,喉部摄取（说话所致）,颈部棕色脂肪的摄取,双侧锁骨上脂肪组织显影,通常肌肉摄取很低，但运动或紧张致肌肉生理性摄取,乳腺生理性摄取（对称性）,绝经期妇女服用雌激素者、哺乳期妇女多见,子宫和卵巢的生理性摄取,卵巢的摄取,提高图像质量和诊断效能的常用方法,一、延迟扫描,二、薄层扫描,Case1 男性，既往乙肝病史，CT肝右后叶占位1周（6cm大小），AFP
9、正常。,三、增强CT扫描,肝脏CT多期增强扫描,术后病理结果：高分化肝细胞肝Ca,动脉期,门脉期,延迟期,对比剂的应用,盆部,利尿剂的应用,利尿剂的应用：膀胱癌（移行细胞癌）术后一年，一周前CT示膀胱左侧壁占位,服用利尿剂后1小时显像,case1 女 59岁。右上臂疼痛2月余，X线及MRI提示恶性占位，不除外转移。申请PET/CT定性及寻找原发灶?,1、寻找原发灶,诊断：肾癌骨转移,男 68 岁发现右下肺占位1年,2、良恶性鉴别,PET/CT：右下肺错构瘤,李xx 男 76岁,直肠癌根治术后5年，间断性胸前区憋闷不适3年余。肠镜：直肠癌近段复发MRI：双肾多发占位，转移？CT：右上肺前段结节，
10、恶性？,3、病情评价或肿瘤分期,PET/CT：直肠中下段直肠癌术后复发,PET/CT：右肺上叶前段高摄取结节原发性肺癌,SUVmax：早期=4.56延迟=6.31,PET/CT同时发现：双肾囊肿,四、疗效判定,Case1 男，52岁，小细胞肺癌（活检），行放疗后2月和化疗后3月疗效评价,肺部肿瘤合并肺不张（放疗中的应用）,五、在放疗中的应用,较好地显示肿瘤边界 有助于活检、手术和放疗,6、在健康体检中的应用,糖代谢成像PET/CT临床应用,寻找原发灶良恶性鉴别病情评价或肿瘤分期疗效判定在放疗中的应用在健康体检中的应用,1、代谢成像探针,糖代谢成像氨基酸代谢成像胆碱代谢成像脂肪酸和醋酸代谢,氨基
11、酸代谢成像,11C-蛋氨酸（ 11C- MET）最广泛的放射性标记氨基酸方便快捷放射性化学纯度高无须复杂的纯化步骤,11C-蛋氨酸（ 11C- MET）,通过内皮膜上L-转运系统转运，参与蛋白质的合成转化为S-腺苷蛋氨酸而成为甲基供体,氨基酸代谢成像,与18F-FDG PET成像相比氨基酸代谢成像的优势在于受炎症干扰较少但肿瘤特异性较差,1、代谢成像探针,糖代谢成像氨基酸代谢成像胆碱代谢成像脂肪酸和醋酸代谢,胆碱代谢成像,胆碱在体内三种代谢途径氧化反应：在肝、肾转化为三甲铵乙内酯后重新释放入血乙酰化反应：胆碱被乙酰化为乙酰胆碱磷酸化反应：胆碱被磷酸化为磷脂酰胆碱（卵磷脂）的第一步 磷脂酰胆碱是
12、细胞膜上的一个重要的磷脂成分,(一)放射性核素分子成像探针,1、代谢成像探针2、血管生成成像探针3、细胞凋亡成像探针4、细胞增殖成像的探针5、乏氧成像探针6、受体成像探针,2、血管生成成像探针,由于肿瘤血管生成过程中某些特征性物质水平上调，将影像学造影剂与特征性物质的特异性配体连接后合成探针，可对肿瘤血管生成进行靶向研究,2、血管生成成像探针,整合素在血管生成过程中起关键作用v3 整合素是肿瘤新生血管特征性标志物在人体内v3 整合素只分布在少部分正常组织内，在未增生的内皮细胞中无表达，而在肿瘤毛细血管增生活跃的内皮细胞及一部分肿瘤细胞中则可高水平表达,由于v3 整合素可作为包含精氨酸甘氨酸天冬
13、氨酸（RGD）氨基酸序列的细胞外基质蛋白的粘附受体，因此被放射性或顺磁性物质标记的RGD肽链可作为特异性分子探针,这种探针安全应用人体,常见的分子成像探针,(一)放射性核素分子成像探针(二)光学分子成像探针(三)磁共振分子成像探针,二、光学分子成像探针,(一)荧光染料标记的探针 (二)量子点标记的探针 (三)拉曼探针 (四)光声成像探针 (五)可激活探针,(一)荧光染料标记的探针,多种荧光染料都有一定毒性不利于临床应用只有ICG安全性较高，已应用人体,二、光学分子成像探针,(一)荧光染料标记的探针 (二)量子点标记的探针 (三)拉曼探针 (四)光声成像探针 (五)可激活探针,量子点标记的探针,
14、半导体量子点又称量子点，直接28nm，能够接受激光激发产生荧光半导体纳米颗粒有机染料的荧光信号随照射时间延长而很快暗下来（光漂白），而量子点则可持续很长时间而不褪色，荧光寿命是有机染料分子的100倍以上，耐光漂白的稳定性也是后者的1000倍研究活细胞生物分子间长期的相互作用非常重要,二、光学分子成像探针,(一)荧光染料标记的探针 (二)量子点标记的探针 (三)拉曼探针 (四)光声成像探针 (五)可激活探针,拉曼探针,拉曼光谱是一种散射光谱。光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射。弹性散射的散射光是激发光波长相同的成分，非弹性散射的散射光有比激发光波长更长的和短的成分，统称为拉曼效应拉曼光谱是物
15、质内部拉曼散射信号建立的分析方法，可提供分子结构信息和表面信息，可探测纳米粒子表面及界面的有力工具,(四)拉曼探针,二、光学分子成像探针,(一)荧光染料标记的探针 (二)量子点标记的探针 (三)拉曼探针 (四)光声成像探针 (五)可激活探针,光声成像探针,光声成像技术结合了组织纯光学成像和组织纯声学成像的优点，可得到高对比度或高分辨率的重建图像，为生物组织的无损检测技术提供了一种重要检测手段用时变的光束照射吸收体时，吸收体因受热膨胀而产生超声波，这种现象称为光声效应，产生的超声波称为光声信号,光声成像探针,常见的分子成像探针,(一)放射性核素分子成像探针(二)光学分子成像探针(三)磁共振分子成像探针,磁共振分子成像探针,T1加权的探针T2加权的探针基于化学交换饱和转移的探针MR报告基因成像,磁共振分子成像探针,小结,疾病的生物化学改变和分子改变发生早于形态学和功能改变，分子探针有助于疾病的早期诊断和个性化治疗分子探针是疾病早期诊断、疗效检测、药物研发要求,谢谢！,
