分子成像探針幻燈片

1、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,2,一、概述 二、分子探針與成像靶點(diǎn)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,3,（一）探針,分子生物學(xué)中，指用于檢測互補(bǔ)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,4,2個特征,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,5,（二）常見類型,按照探針與靶點(diǎn)結(jié)合的原理，分為靶向性分

2、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,6,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,7,（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

3、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,8,（四）一般設(shè)計要求,機(jī)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,9,（五）分子探針穿透生物屏障的常見機(jī)制,通過細(xì)胞的特異性功能(如配體的捕獲)轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)法 肽類基膜置換物介導(dǎo)法,一、概述 二、分子探針與

4、成像靶點(diǎn)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,11,分子探針與成像靶點(diǎn)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,12,一、概述 二、分子探針與成像靶點(diǎn)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,13,探針具備以下特征,探針對靶點(diǎn)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,14,一、概述 二、分

5、子探針與成像靶點(diǎn)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,15,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,16,(一)放射性核素分子成像探針,放射性核素靈敏度極高 檢測10-1810-14g 少于1000個分子的核酸含量,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,Vita

6、mins,Serum Proteins,常量,微量,超微量,18,(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,19,1、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),PET 18F-FES 11C- PD153035,PET 18F-FDG 11C-MET 11C-膽堿 18F-FMISO,CT

7、解剖結(jié)構(gòu) 血流灌注,PET 18F-FHBG 18F-OND 18F-FLT,PET-CT 分子影像,CT 13NH3,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,Glucose transporter protein,K3,K4,Hexokinase,Cell,Glucose-6- phosphatase,18F-FDG-1-P,Glycogen,18F-fru-6-P,Glycolysis,18F-FDG-6- phospho- glucono-lactone,HMP shunt,18F-

8、FDG,Vessel,K1,K2,18F-FDG,18F-FDG-6P,18F-FDG代謝示意圖,18F-FDG-6-p in cancer cell,Positron,18F-FDG-6-p in cancer cell,Positron,18F-FDG-6-p in cancer cell,e-,e-,Positron,photon,photon,18FDG-6-p in cancer cell,crystal,crystal,PET/CT腫瘤顯像流程,29,PET/CT圖像的研讀,喉部攝取（說話所致）,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(yùn)動或緊張致肌肉生理性

9、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,36,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?。?，AFP正常。,三、增強(qiáng)CT掃描,肝臟CT多期增強(qiáng)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)

10、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,肺部腫瘤合并肺不張（放療中的應(yīng)用）,五、在放

11、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,58,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,59,1、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,61,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 放射性化學(xué)純度高 無須復(fù)雜的純化步驟,62,11C-蛋氨酸（ 11C- MET）,通過內(nèi)皮膜上L-轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)，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,64,氨基酸代謝成像,與18F-FDG PET

12、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,65,1、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,67,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)酯后重新釋放入血 乙?；磻?yīng)：膽堿被乙酰化為乙酰膽堿 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,69,(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

13、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，可對腫瘤血管生成進(jìn)行靶向研究,71,2、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 v3 整合素是腫瘤新生血管特征性標(biāo)志物 在人體內(nèi)v3 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),72,由于v3 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,這種探針安全應(yīng)用人體,75,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

14、(三)磁共振分子成像探針,76,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點(diǎn)標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,77,(一)熒光染料標(biāo)記的探針,78,79,80,81,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,82,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點(diǎn)標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,83,量子點(diǎn)標(biāo)記的探針,半導(dǎo)體量子點(diǎn)又稱量子點(diǎn)，直接28nm，能夠接受激光激發(fā)產(chǎn)生熒光半導(dǎo)體納米顆粒 有機(jī)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(diǎn)則可持續(xù)很長

15、時間而不褪色，熒光壽命是有機(jī)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,84,86,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點(diǎn)標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,87,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,91,二、光學(xué)分子成像探針,(一)熒光染料標(biāo)記的探針 (二)量子點(diǎn)標(biāo)記的探針 (三)拉曼探針 (四)光聲成像探針 (五)可激活探針,92,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(diǎn)，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