分子成像探針北方生科

1、分子成像探針,程艷,山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科,一、概述二、分子探針與成像靶點結(jié)合的基礎(chǔ)三、親和組件的高通量篩選四、常見的分子成像探針,（一）探針,分子生物學(xué)中，指用于檢測互補核酸序列的標(biāo)記DNA或RNA分子影像學(xué)中，指能夠與某一特定生物分子（如蛋白質(zhì)、 DNA、RNA ）或者細(xì)胞結(jié)構(gòu)靶向特異性的結(jié)合，并可供體內(nèi)或（和）體外影像學(xué)示蹤化合物分子，這些標(biāo)記化合物分子能夠在活體或（和）離體反映其靶生物分子的量和（或）功能,2個特征

2、,對于疾病密切相關(guān)的靶分子具有高度親和力和靶向特異性可供影像學(xué)設(shè)備在活體內(nèi)進(jìn)行示蹤,（二）常見類型,按照探針與靶點結(jié)合的原理，分為靶向性分子探針和非靶向性分子探針根據(jù)不同成像技術(shù)要求，分為光學(xué)分子探針、放射性核素分子成像探針、磁共振分子成像探針、超聲分子成像探針,常見類型,根據(jù)探針親和組建的成分或特征可分為受體靶向分子探針、抗體靶向分子探針抗體片段靶向探針、多肽靶向探針、反義寡核苷酸探針、可激活的分子探針根據(jù)探針的作用原理不同，分

3、為“房室型”探針、靶向性探針、 “智慧型”探針根據(jù)來源不同，分為內(nèi)源性探針、外源性探針,（三）一般設(shè)計要求,對其靶生物分子具有高度特異性和親和力，如能同時反映其靶生物分子的功能則更好在細(xì)胞內(nèi)聚集的量與靶生物分子含量或表達(dá)量成比例，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)不含有靶生物分子時，細(xì)胞內(nèi)不應(yīng)該殘留分子成像探針對細(xì)胞表面和細(xì)胞內(nèi)的相互的靶生物分子的結(jié)合不應(yīng)該存在傾向性差異在到達(dá)靶生物分子前沒有明顯地受到血管通透性、組織靜態(tài)壓力等影響,（四）一般設(shè)計要求,

4、機體不會對分子成像探針產(chǎn)生明顯免疫反應(yīng)或其他不良反應(yīng)探針在體內(nèi)相對穩(wěn)定探針在血液中不會被血細(xì)胞非特異結(jié)合探針有良好的組織分布性排泄途徑對結(jié)果分析不造成不利影響放射性分子成像探針可用多種放射性核素標(biāo)記，適合SPECT和PET成像,（五）分子探針穿透生物屏障的常見機制,通過細(xì)胞的特異性功能(如配體的捕獲)轉(zhuǎn)運具有生物膜穿透性的分子探針用物理方法傳遞無生物膜穿透性的分子探針轉(zhuǎn)染劑轉(zhuǎn)運法肽類基膜置換物介導(dǎo)法,,一、概述二、分子

5、探針與成像靶點結(jié)合的基礎(chǔ)三、親和組件的高通量篩選四、常見的分子成像探針,分子探針與成像靶點結(jié)合的基礎(chǔ),受體與配體的分子識別抗原—抗體特異性分子識別酶與底物的分子識別特異蛋白之間的分子識別核苷酸鏈之間的分子識別蛋自質(zhì)與核酸分子的分子識別,,一、概述二、分子探針與成像靶點結(jié)合的基礎(chǔ)三、親和組件的高通量篩選四、常見的分子成像探針,探針具備以下特征,探針對靶點必須具備高精度的親和力非特異性結(jié)合要盡可能低，這樣就能夠獲得很低

6、的背景噪聲，提高信噪比有足夠長的半衰期供檢查探測，同時要求排出體內(nèi)的速度要相對快，以便能重復(fù)檢查探針無藥理學(xué)作用無毒副作用,,一、概述二、分子探針與成像靶點結(jié)合的基礎(chǔ)三、親和組件的高通量篩選四、常見的分子成像探針,常見的分子成像探針,(一)放射性核素分子成像探針(二)光學(xué)分子成像探針(三)磁共振分子成像探針,(一)放射性核素分子成像探針,放射性核素靈敏度極高檢測10-18~10-14g少于1000個分子的核酸含量,,

7、,待測物質(zhì)濃度與檢測手段,臨床化學(xué)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針,1、代謝成像探針

8、2、血管生成成像探針3、細(xì)胞凋亡成像探針4、細(xì)胞增殖成像的探針5、乏氧成像探針6、受體成像探針,1、代謝成像探針,糖代謝成像氨基酸代謝成像膽堿代謝成像脂肪酸和醋酸代謝,PET/CT,基因水平變化,蛋白質(zhì)改變,代謝變化,細(xì)胞水平變化,淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,腫塊形成,,酶受體抗體,糖代謝氨基酸磷脂,細(xì)胞形態(tài),基因表達(dá)DNA序列,,,,,,腫塊結(jié)構(gòu),PET18F-FES11C- PD153035,PET18F-FDG

9、11C-MET11C-膽堿18F-FMISO,CT解剖結(jié)構(gòu)血流灌注,PET18F-FHBG18F-OND18F-FLT,PET-CT分子影像,CT13NH3,PET-CT在診斷治療中應(yīng)用,,OH,2-18F-2-脫氧-D-葡萄糖 葡萄糖,,,,,,CH2OH,OH,OH,O,,OH,OH,18F-FDG & 葡萄糖,,,,,,,Glucosetr

10、ansporterprotein,,,,,,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

11、,,18F-FDG代謝示意圖,,,18F-FDG-6-pin cancer cell,,,,Positron,18F-FDG-6-pin cancer cell,,,,,Positron,,,18F-FDG-6-pin cancer cell,,e-,,,e-,,,,Positron,,photon,photon,18FDG-6-pin cancer cell,,crystal,crystal,PET/CT腫瘤顯像流程,,PET

12、/CT圖像的研讀,喉部攝?。ㄕf話所致）,,頸部棕色脂肪的攝取,,,,,,雙側(cè)鎖骨上脂肪組織顯影,通常肌肉攝取很低，但運動或緊張致肌肉生理性攝取,乳腺生理性攝?。▽ΨQ性）,絕經(jīng)期婦女服用雌激素者、哺乳期婦女多見,,,,子宮和卵巢的生理性攝取,,卵巢的攝取,,提高圖像質(zhì)量和診斷效能的常用方法,一、延遲掃描,二、薄層掃描,,Case1 男性，既往乙肝病史，CT肝右后葉占位1周（6cm大小），AFP正常。,,三、增強CT掃描,肝臟CT多期增強

13、掃描,術(shù)后病理結(jié)果：高分化肝細(xì)胞肝Ca,動脈期,門脈期,延遲期,,,,,對比劑的應(yīng)用,盆部,利尿劑的應(yīng)用,利尿劑的應(yīng)用：膀胱癌（移行細(xì)胞癌）術(shù)后一年，一周前CT示膀胱左側(cè)壁占位,,服用利尿劑后1小時顯像,,,case1 女 59歲。右上臂疼痛2月余，X線及MRI提示惡性占位，不除外轉(zhuǎn)移。申請PET/CT定性及尋找原發(fā)灶?,1、尋找原發(fā)灶,診斷：腎癌骨轉(zhuǎn)移,男 68 歲發(fā)現(xiàn)右下肺占位1年,2、良惡性鑒別,PET/CT：右下肺錯構(gòu)瘤,李

14、xx 男 76歲,直腸癌根治術(shù)后5年，間斷性胸前區(qū)憋悶不適3年余。腸鏡：直腸癌近段復(fù)發(fā)MRI：雙腎多發(fā)占位，轉(zhuǎn)移？CT：右上肺前段結(jié)節(jié)，惡性？,3、病情評價或腫瘤分期,PET/CT：直腸中下段直腸癌術(shù)后復(fù)發(fā),PET/CT：右肺上葉前段高攝取結(jié)節(jié)原發(fā)性肺癌,SUVmax：早期=4.56延遲=6.31,PET/CT同時發(fā)現(xiàn)：雙腎囊腫,四、療效判定,Case1 男，52歲，小細(xì)胞肺癌（活檢），行放療后2月和化療后3月—療效評價

15、,肺部腫瘤合并肺不張（放療中的應(yīng)用）,五、在放療中的應(yīng)用,,,,較好地顯示腫瘤邊界 有助于活檢、手術(shù)和放療,6、在健康體檢中的應(yīng)用,糖代謝成像PET/CT臨床應(yīng)用,尋找原發(fā)灶良惡性鑒別病情評價或腫瘤分期療效判定在放療中的應(yīng)用在健康體檢中的應(yīng)用,1、代謝成像探針,糖代謝成像氨基酸代謝成像膽堿代謝成像脂肪酸和醋酸代謝,,,氨基酸代謝成像,11C-蛋氨酸（ 11C- MET）最廣泛的放射性標(biāo)記氨基酸方便快捷

16、放射性化學(xué)純度高無須復(fù)雜的純化步驟,11C-蛋氨酸（ 11C- MET）,通過內(nèi)皮膜上L-轉(zhuǎn)運系統(tǒng)轉(zhuǎn)運，參與蛋白質(zhì)的合成轉(zhuǎn)化為S-腺苷蛋氨酸而成為甲基供體,,,氨基酸代謝成像,與18F-FDG PET成像相比氨基酸代謝成像的優(yōu)勢在于受炎癥干擾較少但腫瘤特異性較差,1、代謝成像探針,糖代謝成像氨基酸代謝成像膽堿代謝成像脂肪酸和醋酸代謝,,膽堿代謝成像,膽堿在體內(nèi)三種代謝途徑氧化反應(yīng)：在肝、腎轉(zhuǎn)化為三甲銨乙內(nèi)酯后重新釋放

17、入血乙?；磻?yīng)：膽堿被乙?；癁橐阴Ｄ憠A磷酸化反應(yīng)：膽堿被磷酸化為磷脂酰膽堿（卵磷脂）的第一步 磷脂酰膽堿是細(xì)胞膜上的一個重要的磷脂成分,,,(一)放射性核素分子成像探針,1、代謝成像探針2、血管生成成像探針3、細(xì)胞凋亡成像探針4、細(xì)胞增殖成像的探針5、乏氧成像探針6、受體成像探針,2、血管生成成像探針,由于腫瘤血管生成過程中某些特征性物質(zhì)水平上調(diào)，將影像學(xué)造影劑與特征性物質(zhì)的特異性配體連接后合成探針，可對腫瘤血管

18、生成進(jìn)行靶向研究,2、血管生成成像探針,整合素在血管生成過程中起關(guān)鍵作用αvβ3 整合素是腫瘤新生血管特征性標(biāo)志物在人體內(nèi)αvβ3 整合素只分布在少部分正常組織內(nèi)，在未增生的內(nèi)皮細(xì)胞中無表達(dá)，而在腫瘤毛細(xì)血管增生活躍的內(nèi)皮細(xì)胞及一部分腫瘤細(xì)胞中則可高水平表達(dá),,由于αvβ3 整合素可作為包含精氨酸—甘氨酸—天冬氨酸（RGD）氨基酸序列的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的粘附受體，因此被放射性或順磁性物質(zhì)標(biāo)記的RGD肽鏈可作為特異性分子探針,,,,,

19、這種探針安全應(yīng)用人體,常見的分子成像探針,(一)放射性核素分子成像探針(二)光學(xué)分子成像探針(三)磁共振分子成像探針,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針,,,,,,,多種熒光染料都有一定毒性不利于臨床應(yīng)用只有ICG安全性較高，已應(yīng)用人體,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點標(biāo)記

20、的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,量子點標(biāo)記的探針,半導(dǎo)體量子點又稱量子點，直接2~8nm，能夠接受激光激發(fā)產(chǎn)生熒光半導(dǎo)體納米顆粒有機染料的熒光信號隨照射時間延長而很快暗下來（光漂白），而量子點則可持續(xù)很長時間而不褪色，熒光壽命是有機染料分子的100倍以上，耐光漂白的穩(wěn)定性也是后者的1000倍研究活細(xì)胞生物分子間長期的相互作用非常重要,,,,,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二

21、)量子點標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,拉曼探針,拉曼光譜是一種散射光譜。光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射。彈性散射的散射光是激發(fā)光波長相同的成分，非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長更長的和短的成分，統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)拉曼光譜是物質(zhì)內(nèi)部拉曼散射信號建立的分析方法，可提供分子結(jié)構(gòu)信息和表面信息，可探測納米粒子表面及界面的有力工具,,(四)拉曼探針,,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針

22、 (二)量子點標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,光聲成像探針,光聲成像技術(shù)結(jié)合了組織純光學(xué)成像和組織純聲學(xué)成像的優(yōu)點，可得到高對比度或高分辨率的重建圖像，為生物組織的無損檢測技術(shù)提供了一種重要檢測手段用時變的光束照射吸收體時，吸收體因受熱膨脹而產(chǎn)生超聲波，這種現(xiàn)象稱為光聲效應(yīng)，產(chǎn)生的超聲波稱為光聲信號,光聲成像探針,,,常見的分子成像探針,(一)放射性核素分子成像探針(二)光學(xué)分子成像探針(