腫瘤動(dòng)物模型影像學(xué)研究進(jìn)展

1、腫瘤動(dòng)物模型影像學(xué)研究進(jìn)展        【摘要】     動(dòng)物模型是研究腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移以及治療效果的重要前提。動(dòng)物專(zhuān)用影像設(shè)備和分子影像技術(shù)的產(chǎn)生推動(dòng)了腫瘤動(dòng)物模型影像學(xué)的發(fā)展，在X射線成像技術(shù)、超聲成像技術(shù)、磁共振成像技術(shù)、核素成像技術(shù)、光學(xué)成像技術(shù)等方面進(jìn)行了有意義的探索和改進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)、連續(xù)、無(wú)創(chuàng)、敏感、原位” 的監(jiān)測(cè)腫瘤動(dòng)物模型提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。     【關(guān)鍵詞】  腫瘤動(dòng)物模型 X射線成像

2、超聲成像 MRI 核素成像 光學(xué)成像     動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中的重要組成部分，尤其在腫瘤研究中，動(dòng)物模型的成功建立是研究腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移以及治療效果的重要前提。隨著后基因組時(shí)代的到來(lái)，在動(dòng)物模型的影像監(jiān)測(cè)方面產(chǎn)生了巨大進(jìn)步，各種動(dòng)物專(zhuān)用影像設(shè)備的產(chǎn)生和分子影像技術(shù)的發(fā)展使我們可以“實(shí)時(shí)、連續(xù)、無(wú)創(chuàng)、敏感、原位”的觀察腫瘤。本文將簡(jiǎn)述腫瘤動(dòng)物模型發(fā)展歷史，并詳細(xì)討論最新分子顯像技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，希望能為腫瘤動(dòng)物模型的影像監(jiān)測(cè)提供一些建議。    1發(fā)展簡(jiǎn)史    隨著人

3、類(lèi)探索和科學(xué)進(jìn)步，腫瘤動(dòng)物模型經(jīng)歷了體表向體內(nèi)的過(guò)渡。人們起初將腫瘤種（移）植于動(dòng)物皮下，局部注射抗腫瘤藥物，通過(guò)卡尺來(lái)測(cè)量腫瘤的尺寸來(lái)觀察療效，但這不能反映臨床中多數(shù)腫瘤的生物學(xué)行為，于是大量的內(nèi)臟腫瘤模型建立。傳統(tǒng)的腫瘤測(cè)量方法依賴于臨床常規(guī)影像技術(shù)如計(jì)算機(jī)X線體層攝影（computed tomography, CT）、超聲（ultrasound）等分期分批地處死動(dòng)物，運(yùn)用解剖、組織病理、生物化學(xué)、免疫等方法來(lái)監(jiān)測(cè)腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移以及對(duì)治療的反應(yīng)；但是在腫瘤研究中，分子層面的紊亂往往早于大體形態(tài)的改變，如果能夠探測(cè)腫瘤中特異分子的改變，監(jiān)測(cè)腫瘤在基因表達(dá)、信號(hào)傳導(dǎo)以及固有反饋的復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的相

4、互作用中的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及對(duì)治療的反應(yīng)，便可以更清晰的了解腫瘤生物學(xué)性狀、血管生成、特異性抗原表達(dá)、轉(zhuǎn)移過(guò)程和對(duì)不同治療方法的反應(yīng)，更快的實(shí)現(xiàn)人類(lèi)攻克腫瘤的理想。    人類(lèi)基因組計(jì)劃的完成、后基因組計(jì)劃的實(shí)施以及現(xiàn)代物理、現(xiàn)代化學(xué)、生物信息技術(shù)的飛速發(fā)展，讓我們對(duì)基因序列及其表型在復(fù)雜的器官、組織等中的活動(dòng)及功能的認(rèn)識(shí)成為可能?，F(xiàn)代影像技術(shù)運(yùn)用探針、報(bào)告基因、對(duì)比劑、示蹤劑等進(jìn)行 “分子顯像”，使在分子層面觀察基因、蛋白和載體在活體細(xì)胞中的相互作用成為可能4。而臨床常規(guī)影像技術(shù)一方面不斷完善硬件設(shè)備，以期獲得更高的空間分辨率或更多的信息，一方面不斷運(yùn)用最新的計(jì)算機(jī)技

5、術(shù)（如圖象分割法和算法）進(jìn)行三維重建，同時(shí)大量引入各種對(duì)比劑進(jìn)行分子顯像。    2技術(shù)進(jìn)展    國(guó)外已經(jīng)意識(shí)到動(dòng)物模型影像的重要性，稱之為“ANIMAGE project” ，在腫瘤研究中更是進(jìn)展迅速。而國(guó)內(nèi)剛剛起步，動(dòng)物專(zhuān)用影像技術(shù)的參數(shù)和臨床應(yīng)用相類(lèi)似，主要包括空間和時(shí)間分辨率、靈敏度和穿透深度等，。    2.1X射線成像技術(shù)1895年，德國(guó)物理學(xué)家威廉·倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，X射線成像技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為采集信息量最多、最準(zhǔn)，分辨率最高，也是目前發(fā)展最成熟的成像技術(shù)。&#

6、160;   2.2超聲成像技術(shù)超聲成像技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，超聲不僅能觀察病變的完整形態(tài),而且可檢測(cè)其功能及部分代謝狀態(tài),在診斷學(xué)和治療學(xué)上發(fā)揮著日益重要的作用。超聲成像技術(shù)具有安全、便攜、無(wú)創(chuàng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。    2.3MRI不管在人體還是動(dòng)物模型，通過(guò)MRI監(jiān)測(cè)質(zhì)子密度、弛豫率、血流、灌注、彌散等指標(biāo)發(fā)現(xiàn)癌前病變，研究腫瘤血管生成及其在腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移的作用，探究原位癌進(jìn)展至浸潤(rùn)癌的機(jī)制和過(guò)程。    ）非水分子為成像對(duì)象的分子影像技術(shù)即磁共振波譜成像（magnetic reso

7、nance spectroscopy，MRS），主要是通過(guò)“測(cè)量”含奇數(shù)質(zhì)子的原子核（1H，13C，19F，23Na，31P）在體內(nèi)組織的化學(xué)位移，推算組織或體液中相應(yīng)代謝物的濃度，反映組織細(xì)胞的代謝狀況。臨床上通過(guò)監(jiān)測(cè)N-乙酰天門(mén)冬氨酸、膽堿、脂質(zhì)、枸櫞酸鹽、肌酸等指標(biāo)的改變研究甲狀腺癌、前列腺癌、腦腫瘤等。Xu等19應(yīng)用氫質(zhì)子磁共振波譜（1H MRS）技術(shù)測(cè)量膽堿與脂質(zhì)的比例，并以組織病理結(jié)果加以驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)膽堿復(fù)合物在肝細(xì)胞癌實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中有明顯的升高，證實(shí)了1H MRS能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)肝細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)現(xiàn)中代謝的變化。    ）水分子為成像對(duì)象的分子影像技術(shù)主要是通過(guò)引

8、入特定對(duì)比劑以改變水分子像的對(duì)比度來(lái)示蹤特定生命現(xiàn)象。對(duì)比劑主要分為兩類(lèi)。一類(lèi)是順磁性復(fù)合物，可以縮短T1弛豫時(shí)間，使T1圖像產(chǎn)生增強(qiáng)信號(hào)；另一類(lèi)是超順磁性復(fù)合物（如超順磁性氧化鐵微粒），可以通過(guò)縮短T2弛豫時(shí)間，使T2圖像產(chǎn)生陰性對(duì)照。成為從分子層次研究腫瘤的病理機(jī)制、基因治療和評(píng)價(jià)治療效果等方面的一種重要手段。    2.4核素成像技術(shù) 核素成像技術(shù)（radionuclide imaging, RI）主要分為單光子發(fā)射斷層顯像技術(shù)（single photon emission computed tomography, SPECT）和正電子發(fā)射斷層顯像技術(shù)（po

9、sitron emission tomography, PET），都是以臟器和病變聚集放射性顯像劑的量為基礎(chǔ)的臟器和病變顯像方法。    2.5光學(xué)成像技術(shù)動(dòng)物光學(xué)成像技術(shù)（optical imaging）分為生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging，BLI）與熒光成像（fluorescence imaging，F(xiàn)I）兩種技術(shù)。生物發(fā)光是用熒光素酶基因標(biāo)記細(xì)胞或DNA，而熒光技術(shù)則采用熒光報(bào)告基團(tuán)進(jìn)行標(biāo)記。利用靈敏的光學(xué)檢測(cè)儀器，可以直接檢測(cè)活體生物體內(nèi)的細(xì)胞活動(dòng)和基因行為。相對(duì)于其他影像技術(shù)，光學(xué)成像具有操作簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀、測(cè)量快速、靈敏度高

10、及費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)在剛剛發(fā)展起來(lái)的幾年內(nèi)，已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及藥物研發(fā)等領(lǐng)域。    3結(jié)語(yǔ)    不同的影像技術(shù)根據(jù)成像原理的不同而具有不同的特點(diǎn)及不足，在腫瘤動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)中，可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、不同的研究方法、不同的研究單位選擇一種或多種影像技術(shù)融合以實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)、連續(xù)、無(wú)創(chuàng)、敏感、原位”的觀察腫瘤動(dòng)物模型。     【參考文獻(xiàn)】  1 Massoud TF, Gambhir SS. Molecular imaging in living subjec

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