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1、分子影像、转化医学和精准医疗分子影像、转化医学和精准医疗八年制核医学课程第1页，共72页。第2页，共72页。活体分子生物学过程活体分子生物学过程信号放大信号放大-可视化可视化&定量分析定量分析第3页，共72页。肿瘤代谢重组肿瘤代谢重组第4页，共72页。分子影像的定义分子影像的定义The ability to visualize and quantitatively measure the function of biological and cellular processes in vivo.活体内分子生物学过程的可视化和定量活体内分子生物学过程的可视化和定量分析分析第5页，共72页。分子影
2、像学的定义分子影像学的定义分子影像学分子影像学是指在活体状态下，应用影像是指在活体状态下，应用影像学方法对人或动物体内的细胞和分子水平学方法对人或动物体内的细胞和分子水平生物学过程进行成像、定性和定量研究的生物学过程进行成像、定性和定量研究的一门科学。一门科学。第6页，共72页。声声光光热热磁磁活体内分子生物学过程的可视化和定量分析活体内分子生物学过程的可视化和定量分析RTGene-specificGene Expression Analysis(Capillary Electrophoresis Technology)分子生物学技术分子生物学技术第7页，共72页。分子影像各种分子影像各种技术
3、方法技术方法的进展的进展物理：光、声、电、磁、核物理：光、声、电、磁、核化学：合成、标记、分子作用化学：合成、标记、分子作用生物医学：基因、蛋白质、细胞、组织、器官、个体生物医学：基因、蛋白质、细胞、组织、器官、个体基础研究基础研究临床应用临床应用光成像超声成像CTMRISPECTPET/CT信息工程：设备、图像处理、信息网络信息工程：设备、图像处理、信息网络第8页，共72页。基本分子成像技术基本分子成像技术放射性核素成像技术放射性核素成像技术磁共振成像技术磁共振成像技术光学成像技术光学成像技术超声成像技术超声成像技术CT成像技术成像技术多模态成像技术多模态成像技术第9页，共72页。PET、P
4、ET/CT、PET/MRSPECT、SPECT/CT PET/SPECT/CT光学（荧光、生物发光）光学/CT、光声/CTMR、CT、超声 第10页，共72页。第11页，共72页。BIOSCAN Nano SPECT/CTNano PET/CTSiemensInveon PET/SPECT/CTGamma MedicalTriumph PET/SPECT/CT第12页，共72页。安捷伦MR布鲁克MR第13页，共72页。德国iThera Medical 公司 （冷泉港代理）MOST 多光谱光声断层显像仪MultiSpectral Optoacoustic Tomography 光纤活体共聚焦荧光
5、显微镜第14页，共72页。分子探针分子探针配配体体标标记记物物第15页，共72页。分子成像靶点：分子成像靶点：细胞膜细胞膜+细胞内细胞内+细胞间质细胞间质第16页，共72页。分子影像的分类分子影像的分类u 功能分子影像功能分子影像 -Functional molecular imagingu 直接分子影像直接分子影像 -Direct molecular imaging u 间接分子影像间接分子影像 -Indirect molecular imaging第17页，共72页。直接分子影像直接分子影像u 指分子成像探针与成像靶点直接反应，成指分子成像探针与成像靶点直接反应，成像揭示的探针位置和浓度与
6、探针和靶点的相像揭示的探针位置和浓度与探针和靶点的相互作用直接相关。互作用直接相关。第18页，共72页。直接分子影像直接分子影像u 代谢显像代谢显像u 受体显像受体显像u 反义显像反义显像u 放射免疫显像放射免疫显像u 凋亡显像凋亡显像第19页，共72页。间接分子影像间接分子影像u 通过直接分子影像间接显示分子靶标通过直接分子影像间接显示分子靶标u 报告基因显像：报告基因报告基因显像：报告基因+报告探针报告探针u 放射基因组：放射基因组：CT、MRI增强扫描增强扫描-VEGFu 第20页，共72页。报告基因显像报告基因显像Reporter Gene:Gene whose phenotypic
7、expression is easy to monitor.Cell Cycle 2006,5(23)2748-2752第21页，共72页。Radiotracer Reporter Gene imaging Enzyme-based Receptor-based Transporter-based Gambhir SS,Molecular Imaging of PET Reporter Gene Expression,Molecular Imaging II,Handbook of Experimental Pharmacology,P 281第22页，共72页。HSV1-tk/FIAU(FH
8、BG)reporter gene/reporter probe systemCMV-PromotermRNAHSV1-tk enzymeReporter probe FIAUFIAU-PNucleusNucleusCytoplasmCytoplasmReporter geneHSV1-tkHSV1-tk:herpes simplex virus type 1 thymidine kinaseFIAU:2-fluoro-2-deoxy-1-D-arabinofuranosyl-5-iodouracil核素报告基因显像核素报告基因显像酶底物系统酶底物系统第23页，共72页。分子影像监测干细胞分子影
9、像监测干细胞第24页，共72页。hERL/18F-FES reporter gene systems18F-FDG18F-FESIn Acute Myocardial Infarction rat modelMyocardial infarction model of rats1.2,rat myocardial infarction model3.TTC staining第25页，共72页。核素报告基因显像核素报告基因显像转运体系统转运体系统NIS/99mTcO4-reporter gene system 对照：移植细胞未转对照：移植细胞未转染基因染基因抑制组：过氯酸盐预处抑制组：过氯酸盐预
10、处理理实验组：移植细胞转染实验组：移植细胞转染NIS基因基因对照组（对照组（A）中移植的）中移植的r BMSCs 没有转染含报告基因的病毒溶液。没有转染含报告基因的病毒溶液。rNIS 组（组（B）和）和hNIS 组（组（C）均可见大鼠的心肌）均可见大鼠的心肌显影，甲状腺和胃显影。而在高氯酸钠抑制组（显影，甲状腺和胃显影。而在高氯酸钠抑制组（D，E），甲状腺、胃及心肌摄取），甲状腺、胃及心肌摄取99mTcO4-溶液的浓度被明溶液的浓度被明显抑制。显抑制。第26页，共72页。PET/Optical imaging(Fluorescence and Bioluminescence)HSV1-tk-E
11、GFP-Fluc(TGF)第27页，共72页。PET/Optical imagingHSV1-tk-EGFP-Fluc(TGF)131I-FIAU SPECT显像显像eGFP自体自体荧光显像荧光显像 Fluc生物生物发光显像发光显像 18F-FHBG Micro-PET 显像显像第28页，共72页。不同模态分子成像方法比较不同模态分子成像方法比较第29页，共72页。分子影像现状、发展趋势及应用分子影像现状、发展趋势及应用第30页，共72页。为什么需要小动物专用的成像设备为什么需要小动物专用的成像设备临床CT临床PET小动物CT小动物PET/CT临床成像设备小动物专用成像设备临床设备的分辨率和灵
12、敏度达不到小动物成像的要求临床设备的分辨率和灵敏度达不到小动物成像的要求第31页，共72页。临床临床PET/CT动物显像效果差动物显像效果差小鼠小鼠大鼠大鼠兔子兔子分辨率分辨率第32页，共72页。各种小动物各种小动物CT图像图像分辨率可达分辨率可达8m第33页，共72页。Whole-body and Focused Imaging第34页，共72页。PET显像原理显像原理基本原理：放射性示踪技术基本原理：放射性示踪技术第35页，共72页。PET/CT显像特点显像特点功能与解剖成像的完美结合功能与解剖成像的完美结合放射性核素均为人体基本组成元素或性质相近，其放射性核素均为人体基本组成元素或性质相
13、近，其标记化合物性质基本不变标记化合物性质基本不变正电子分子探针正电子分子探针多样性多样性第36页，共72页。正电子标记化合物性质不变正电子标记化合物性质不变15O216O2氧代谢氧代谢15O-H2O16O-H2O13N-NH314N-NH311C-CO12C-CO氨代谢氨代谢血流灌注血流灌注血容量血容量正电子标记化合物正电子标记化合物天然化合物天然化合物生理功能生理功能第37页，共72页。18F-脱氧葡萄糖（脱氧葡萄糖（FDG）天然葡萄糖天然葡萄糖18F-FDG正电子标记化合物性质基本不变正电子标记化合物性质基本不变第38页，共72页。正电子标记化合物性质基本不变正电子标记化合物性质基本不变
14、第39页，共72页。18F-FDG PET显像临床应用显像临床应用 2010-42010-7 2010-11 2011-9 2012-4第40页，共72页。正电子标记化合物多样性正电子标记化合物多样性多多巴巴胺胺能能神神经经元元第41页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用心脏 心肌代谢显像（葡萄糖、脂肪酸）心肌血流灌注显像 心脏肾上腺素受体显像第42页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用心脏用于心脏研究的各类显像剂第43页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用心脏灌注、血流、代谢利用转基因技术制作PRKAG2心脏综合征大鼠模型，利用SA
15、PET显像可动态分析其心肌对葡萄糖的利用障碍。GollobMH;BiochemSocTrans.2003;31:228231SA PET可以准确地提供心肌葡萄糖（18F-FDG）和脂肪酸（11C-palmitate）的代谢信息；为代谢性心肌病的研究提供有力的帮助，如糖尿病心肌病、PRKAG2心脏综合征等。第44页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用神经系统 葡萄糖代谢显像 局部血流、灌注显像 神经递质系统显像第45页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用神经系统代谢、血流、灌注刺激大鼠单侧触须，可引起对侧大脑皮层和对侧丘脑代谢活跃。SA PET 18F-F
16、DG显像可以无创重复地对脑功能进行研究。Kornblum,H.I;Nat.Biotechnol.18,655660.第46页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用神经系统神经递质系统研究多巴胺能系统显像5-羟色胺能系统显像GABA能系统显像胆碱能系统显像谷氨酸能系统显像各各系系统统均均有有相相应应示示踪踪剂剂第47页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用神经系统神经递质系统研究PD大鼠模型：正常大鼠：利用6-OHDA建立的大鼠PD模型，18F-FECT显像提示患侧壳核、尾状核DAT分布缺损。多巴胺能系统显像为PD的研究提供有力的帮助。Casteelsetal;EurJNuclMedMolImaging(2008)35:124134第48页，共72页。小动物小动物PET/CTPET/CT应用应用神经系统神经递质分布研究18F-Flumazenil可以选择性地与苯二氮卓受体结合，反映GABAA受体的分布。为癫痫、焦虑症和精神类疾病研究提供新的方法。癫痫模型大鼠的脑内GABA受体分布明显低于正常大鼠。Liefaardetal;Epilepsia.2009;
