核醫(yī)學-小動物petct應用

分子影像學簡介瑞金醫(yī)院核醫(yī)學科張淼Molecularimaging:whereweare解剖生理分子

PAST PRESENT FUTURECT,MR

CT,MR MR,OPTICAL NUCLEAR

NUCLEAR

分子影像學研究領域

臨床應用研發(fā)新的分子探針促進新藥開發(fā)和治療監(jiān)測技術的發(fā)展基因信號傳導與基因表達顯像了解體內微環(huán)境的細胞活動過程促進物理、放射化學、分子生物學、數(shù)學、信息學等學科間的合作最終目標:通過新的影像探針的臨床應用實現(xiàn)疾病的早期診斷與治療

分子影像學概念廣義上，分子影像學是一門活體內在細胞與分子水平對生物過程進行描述與測量的新學科分子影像學利用分子探針→插入人體細胞內→遇到特定分子時或特定基因產物→發(fā)射信號→PET、SPECT、MRI或光學成像記錄其信號→顯示其分子圖像、代謝圖像、基因轉變圖像早期診斷疾病、篩選活性藥物及直接評價治療效果

分子影像技術三要素尋找和選擇合適的結合靶點設計與該靶點特異、高親和力結合的標記探針，具備足夠的放大信號便于實現(xiàn)高靈敏的探測需要靈敏度高、分辨率好的成像儀器

分子影像探針定義分子影像探針是分子成像的關鍵一端連有能夠和生物體內特異靶點結合的分子結構肽類、酶的底物、配體等另一端是報告分子報告基因、熒光染料、放射性標記物等產生的信號則由圖像采集系統(tǒng)收集、處理

啟動子啟動子報告基因/HSVtk內源性基因HSV胸苷激酶標記的報告探針細胞內的磷酸化探針轉錄因子激活報告酶內源性蛋白PA.B.報告基因/基因表達的報告探針顯像信號及信號的放大；分子特異性識別功能；體內分布和成像/治療結果評價分子影像探針作用分子影像探針分類PET：18F、11C、124I、64Cu等標記小分子/多肽MRI：Gd-DTPA標記粒子，SPIO/USPIO光學:Cy5標記小分子/多肽超聲：微泡和納米微泡CT：碘標記粒子，碘油，低密度微泡PET-labeledProbesfor

BiologicalImaginghemodynamicparameters(H215O,15O-butanol,11CO,13NH3)substratemetabolism(18F-FDG,15O2,11C-palmiticacid)proteinsynthesis(11C-leucine,11C-methionine,11C-tyrosine)enzymeactivity(11C-deprenyl,18F-deoxyuracil...)drugs(11C-cocaine,13N-cisplatin,18F-fluorouracil...)receptoraffinity(11C-raclopride,11C-carfentanil,11C-scopalamine)neurotransmitterbiochemistry(18F-fluorodopa,11C-ephedrine...)geneexpression(18F-penciclovir,18F-antisenseoligonucleotides...)cyclotron11C,13N,15O,18FPETcandetectandimagesubnanomolarlevelsofthesetracersinvivo分子核醫(yī)學（PET、SPECT、MicroPET、MicroSPECT

等）磁共振(MR)成像AnimalMR光學成像超聲成像其他成像技術三.分子影像學研究方法分子核醫(yī)學的主要研究內容代謝顯像:葡萄糖，核苷酸，氨基酸，乏氧代謝受體顯像基因顯像:酶，受體，轉運體報告基因放射免疫顯像凋亡顯像

+-180o511kev511kev18FDG放射性示蹤劑PET掃描儀PET影像UCLAOvarianCancerlungmetastases正電子發(fā)射斷層掃描:

PET

PET成像原理

PET成像原理PET/CT與回旋加速器要充分發(fā)揮PET/CT的作用

還需要裝備回旋加速器有了回旋加速器可以生產除18F外，其他正電子核素如11C、15O、13N、64Cu、124I、86Y等。PET/CT的臨床應用和科學研究范圍將進一步擴大。目前正在開發(fā)的正電子藥物顯像劑腫瘤受體顯像劑：

18F-FES乳腺癌雌激素受體顯像劑

18F-FCH雄激素受體顯像劑

11C-MTO腎上腺皮質受體顯像劑神經受體顯像劑：

18F-DOPA多巴胺遞質

11C-Flumazenil氨基丁酸受體等血流灌注顯像劑：

15O-H2O，82Rb臟器組織的血流灌注心臟受體顯像劑：

11C-mHED腎上腺素受體11C-Choline（-）

18F-FDG（+）隨訪證實為肺結核

PET示左下肺結節(jié)及縱隔淋巴結FDG高攝取。

18F-FDGPET

11C-Choline左下肺結節(jié)膽堿高攝取手術病理：左下肺背段腺Ca，T2N2M011C-Choline前列腺癌Micro-PET概念：中文全稱為小動物正電子發(fā)射型斷層顯像儀由封閉多環(huán)型探測器、電子前端放大與符合系統(tǒng)、電子計算機系統(tǒng)以及探測臺構成與臨床PET比較，探測原理與臨床PET相同，但探測的靈敏度和空間分辨率大大提高，最新Micro-PET空間分辨率可達1mmMicro-PET的優(yōu)勢與傳統(tǒng)的體外檢測技術相比無創(chuàng)、活體：Micro-PET可對同一只小動物進行無創(chuàng)反復實驗，大大減少了實驗動物的使用數(shù)量，縮短了實驗周期，節(jié)省了實驗費用實時、動態(tài)顯像：對同一只動物在不同時間點進行研究，體現(xiàn)連續(xù)的動態(tài)定量測定，消除了小動物的個體或種屬差異，在基礎動物研究和臨床應用之間架起了橋梁。CorrespondingStudyParadigmsinAnimalsMicroPET-基礎研究與臨床應用的橋梁隨著基因組學的發(fā)展，小動物在現(xiàn)代分子生物學實驗中日趨重要。臨床型PET已用于動物和人體研究，但受其空間分辨率的限制，很難滿足小動物PET顯像的需要。高分辨率小動物PET出現(xiàn)，成為分子顯像的重要工具。

18F-FDGWholeBodyRatStudyMicro-PET18F-FDGRatHeart動物的99mTc-MDP三探頭SPECT骨顯像我國分子影像學研究尚處于起步階段上海交通大學醫(yī)學院Med-X中心分子影像的國內發(fā)展概況CyclotronMicroPET/CTGMPFacilitiesAnimalhandlingLabScreeningandpreparationofmolecularprobes：Preparingandradionuclidelabelingofrhk5Tumorimagingandtherapywithradiolabeledrhk5Genetherapyandmonitoring：HumanNISgenefortumorradionuclidetherapyandreportgeneimagingHumanplasminogenkringle

5geneforanti-angiogenesistherapy報告基因顯像基因治療和干細胞移植治療將是治療某些疾病具有發(fā)展前景的方法如何監(jiān)測攜帶治療基因的病毒是否成功到達靶器官并有效表達，是基因治療的關鍵在重組治療基因的病毒DNA上同時插入一段報告基因，治療基因與報告基因共表達，只要在活體內探測到報告基因的出現(xiàn)，就能間接反映治療基因的表達，就能夠在活體內無創(chuàng)傷性檢測治療基因的成功表達，以及表達的部位、持續(xù)時間、表達的量等報告基因系統(tǒng)酶/底物報告基因系統(tǒng)：報告基因表達產物為一種具有生物活性的酶，酶與相應底物作用生成的代謝產物在報告基因表達的細胞內濃聚，借助底物上攜帶的放射性核素進行成像，如HSV-tk等受體/配體報告基因系統(tǒng)：報告基因表達的蛋白質是一種細胞表面受體，與核素標記的特異性配體結合，顯像轉運蛋白/底物報告系統(tǒng)：鈉/碘轉運體NIS，去甲腎上腺素轉運蛋白分子核醫(yī)學的主要研究內容代謝顯像:葡萄糖，核苷酸，氨基酸，乏氧代謝受體顯像基因顯像:酶，受體，轉運體報告基因放射免疫顯像凋亡顯像NIS是一種膜蛋白，含13個跨膜的結構域，一個細胞外氨基末端和一個細胞內羧基末端；NIS蛋白有3個可能的N-糖基化位點；1個位于細胞外第四環(huán)，2個位于細胞外最后一環(huán)[NIS鈉/碘轉運體碘的主動轉運是通過甲狀腺細胞膜上的鈉碘同向轉運體(NIS)介導的，協(xié)同轉運2個Na+和1個I－，其能量由跨膜的Na+梯度提供。I－通過頂膜的離子通道進入濾泡腔內，在此經過甲狀腺過氧化物酶(TPO)的氧化催化，進行甲狀腺激素合成NIS鈉/碘轉運體分子顯像無創(chuàng)監(jiān)測MLC-2v為啟動子的雙基因重組腺病毒靶向治療心肌缺血的實驗研究國家自然科學基金NSFC(30900375)

基礎研究：抗腫瘤新生血管分子探針篩選和制備：重組人Plasminogenkringle5（rhk5）的制備及核素標記在腫瘤顯像和治療中的研究腫瘤基因治療及監(jiān)測：桿狀病毒介導NES1基因治療乳腺癌及胃癌的研究桿狀病毒介導NIS基因腫瘤治療及報告基因顯像研究輻射正反饋調控NIS基因治療腫瘤的實驗研究全反式維甲酸與丁酸甘油酯聯(lián)合治療失分化型甲狀腺癌的實驗研究抗腫瘤血管生成是腫瘤治療的熱點內源性腫瘤血管生成抑制劑人纖溶酶原Kringle5，分子量小，穿透力強，免疫原性低、生物活性高原核及真核表達后純化rhk5蛋白純化后蛋白有生物活性核素標記rhk5腫瘤顯像和治療rhk5在原核及真核系統(tǒng)中的表達及蛋白純化rhK5SDSSDSWesternBlotrhk5protein17kD25kD10kD34kD34kD25kD17kD10kD采用核素131I、99mTc、188Re標記rhk5131I-rhk5治療后可見腫瘤生長明顯抑制，抑瘤率為34.14%MicroPET/CT早期動態(tài)評價188Re-rhk5的腫瘤治療療效99mTc-rhk5131I-rhk5188Re-rhk50.5h

2h

4h治療前（Day0）治療后（Day18）

治療前（Day0）治療后（Day18）對照組

治療組MicroPET/CT評價188Re-rhk5腫瘤治療療效

SUVmax：0.4221.3

SUVmax：0.7960.546意義核素標記rhk5同時結合雙重機理，為抗腫瘤新生血管顯像及治療開辟了新途徑：rhk5對腫瘤新生血管的靶向作用核素本身對腫瘤細胞的殺傷作用

OncologyLetters.2011.(online

inpress).IF：1.0Nuklearmedizin.2011.(online

inpress).IF：1.9NIS可介導131I及188Re等多種核素的局部聚集Bac-hNIS可提高腫瘤細胞碘攝取，感染的腫瘤細胞可被131I有效殺傷；丁酸鈉能提高腫瘤細胞感染率腫瘤治療實驗，腫瘤抑制率可達41.2%NIS基因治療及報告基因顯像的相關研究

核素正反饋調控NIS基因治療腫瘤的研究hNISEgr1hNIShNISnucleuscytoplasmhNIShNIS131I,188Re131I,188Re131I,188Re

NIS基因治療是提高核素攝取的主要方法，但NIS介導核素攝取后，在細胞內滯留時間短，導致治療效果不佳。采用Egr1-promoter（輻射敏感基因啟動子）輻射正反饋調控腫瘤hNIS基因治療的設想。TherapymodelofpositivefeedbackABCDA：無131I刺激B：0.5MBq/mL

131IC：3MBq/mL131ID：10MBq/mL131I131I刺激濃度梯度實驗蛋白印跡檢測131I刺激誘導的hNIS基因表達β-actinhNIS

ABCDA：PBSB：PBS+131IC：Bac-Egr1-hNISD：Bac-Egr1-hNIS+131I

全反式維甲酸與丁酸甘油酯聯(lián)合治療

失分化型甲狀腺癌的實驗研究聯(lián)合治療后NISmRNA及蛋白表達增高，131I的攝取增高。并且兩者有協(xié)同作用,可提高失分化甲狀腺癌治療療效意義重組hNIS桿狀病毒是提高腫瘤細胞攝碘的有效方法。為桿狀病毒介導的腫瘤基因治療及報告基因顯像奠定了基礎。針對NIS治療中存在核素滯留時間短的問題，首次提出輻射正反饋調控體系，為臨床腫瘤基因治療提供科學依據(jù)。維甲酸聯(lián)用丁酸甘油酯誘導分化治療可提高失分化甲狀腺癌治療療效。NuclMedBiol.2010;

37:299-308.IF：2.46NuclMedBiol.2011;38:599-604.IF：2.46WorldJGastroenterol.2010;14:5367-74.IF：2.10NuclMedCommun.2007;28:251-255.IF：1.32NuclMedCommun.2010;31:916-21.

IF：1.32NuclMedCommun.2011;32:402-409.IF：1.32NuclMedCommun.2011(onlineinpress).IF：1.32NuclearScienceandTechniques.2010;21:99-105.IF：0.31磁共振磁共振分子成像方法波譜分析及成像(MRS,MRspectrum)腦功能成像(BOLD-fMRI,bloodoxygenleveldepended)彌散加權成像（DWI,diffusionweightedimaging)灌注成像（PWI,perfusionweightedimaging)基因治療與顯像：氧化鐵納米顆粒，轉鐵蛋白受體細胞調亡顯像：金屬造影劑標記annexin-V正常顱腦波譜Cho在3.2ppm膽堿峰Cholip惡性腫瘤MRS波譜成像Cho乳腺浸潤性導管癌腫瘤內磷酸膽堿和甘油磷酸膽堿可在1HMRS中檢測到手指運動區(qū)腦功能成像(BOLD-fMRI)DWI早期診斷急性腦梗塞FLAIRDWI陳舊區(qū)細胞毒性水腫區(qū)灌注成像（PWI）病變明顯強化，灌注曲線為平臺型光學成像光學成像(熒光)的原理(Choyetal.,MolImaging2003;2:303)小鼠膠質母細胞瘤模型的MRI與光學成像（BLI）

MRI光學顯像(courtesy:BrianRoss,UMichigan)將轉染Gli-