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分子影像发展现状及展望

【摘要】分子影像是基于特定的分子显像探针，应用医学影像学技术从细胞和

分子水平反映活体状态下疾病发生、发展过程中的病理生理变化和疾病演进机制，

并进一步对其进行定性和定量的前沿学科，为疾病的早期诊断、精准治疗及预后

评估提供重要的科学依据。作为一种多学科、多水平、多尺度融合的影像技术，

分子影像使得传统的医学影像发生了革命性变化，在生物医学研究、临床诊断及

治疗等领域具有广泛的应用前景。近年来，已开发并深入研究了多种高效的分子

成像探针应用于基础实验和临床转化实践中。本文阐述了分子影像多种成像技术

的应用，详细讨论了分子影像在疾病诊断、治疗和临床转化中的新发现和新进展，

并在最后总结了分子影像所面临的挑战和未来发展前景。

【关键词】分子影像；纳米探针；活体成像；诊断；治疗

分子影像是基于特定的分子显像探针，应用医学影像学技术显示组织水平、

细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，并进一步对其生

物学行为进行定性和定量的前沿学科，是影像医学和精准医疗的重要分支［1］。

传统医学成像手段虽然能够提供器官、组织水平的解剖学信息，但这些方法对疾

病早期的诊断灵敏度和准确度均较低。分子影像学作为一门多学科融合的新兴学

科，将CT、MRI、超声、PET等医学影像技术，与分子生物学、化学、材料科学、

计算机科学、物理学相结合，能够在分子水平揭示疾病的病理变化，以实现分子、

细胞水平的特异性成像，对疾病做出早期、精准判断，并通过不同时间点对活体

进行重复、非侵入性成像，对疾病的发生、发展和治疗进行动态评估［2-4］。

笔者从分子影像的多种成像技术展开，着重介绍了分子影像在疾病诊断和治疗领

域的应用，并指出分子影像的未来发展方向及重大挑战。

一、分子影像的成像技术

分子影像根据所用影像学检查手段的不同，可以分为CT分子影像、MR分子

影像、光学分子影像、PET分子影像、超声及光声分子影像等。不同探针的时空

分辨率和检测灵敏度均存在差异，例如MRI分子成像探针具有较高的时空分辨率，

但对于病变检出的灵敏度低于核医学探针，光学探针居于两者之间。此外，由于

制备及使用成本相对较低，CT探针、光学及超声探针也具有良好的发展前景。

1.CT分子影像：CT作为一种无创成像技术一直活跃在临床诊断和基础生物

医学等前沿领域。目前临床上常用的对比剂主要是含碘化合物，但存在非特异性

分布、空间分辨率低等不足。为了进一步提高疾病诊断效率，开发了基于金［5］、

铋［6］、铪［7］和镧系［8］等元素的CT纳米探针。Zhang等［9］开发了一

种基于铪基金属有机骨架的纳米颗粒，其进入肝脏最初呈正CT值，与肿瘤部位

酸性微环境反应后释放H2，CT值变为-96.0HU，提高分辨率从而精准区分正常肝

组织和肝癌。设计、合成以及开发出靶向能力更强、生物相容性和稳定性更高、

细胞毒性更低和能够从分子层面对疾病进行早期诊断的纳米CT对比剂将是未来

发展的重点。

2.MR分子影像：MR分子成像是利用特定的MR显像探针，在分子和细胞水平

识别特异性标志物，实现对生物过程及不同疾病进行非侵入性动态监测。常见的

MR分子探针主要基于钆、锰、铁等元素，根据其功能特性可分为靶向性和响应

性探针。其中，靶向性探针主要通过表面修饰特定的分子或蛋白，实现疾病特异

性分子成像，而MR响应性分子探针则是对疾病微环境（如pH、氧化还原水平、

电信号和生物酶等）进行特征性病理标记物的响应性成像。Shi等［10］构建了

一种感知并调节T细胞表面活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）的膜融合

脂质体，该探针能够有效调节肿瘤免疫微环境中的T细胞活性，同时通过T1成

像对调节效果进行有效监测，实现了T细胞免疫活性的可视化调控。

3.光学分子影像：光学成像在基础研究和临床应用中有着广泛前景［11］。

传统荧光成像的波长大多集中在可见光（400~700nm）到近红外一区（NearInf

rared-I，NIR-I，700~950nm）波段［12］。必威体育精装版研究表明，近红外二区（N

IR-II，1000~3000nm）荧光在活体组织中具有更少的组织吸收、散射以及更

低的生物组织自发荧光特性，可以大大提高荧光成像的组织穿透深度和空间分辨

率［13］。光学分子影像手术导航系统为微创、精准手术治疗提供了有力工具，

使医师能在手术过程中实时、精准地定位肿瘤及病灶组织的边界，分子靶向修饰

技术和高效递送技术的研发