分子影像概论五年制.ppt

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1、现在学习的是第1页，共36页AnatomyBiologyDensityPerfusionMetablismReceptor functionGene expressionFunctionX-rayCTContrastkineticsAngiographyGamma GameraEchocardiographySPECTMRIMRI spectroscopyMicro-PETMicro-MRIMolecule-anatomy fusion imagingPETPET-CTOptical imaging医学影像发展医学影像发展现在学习的是第2页，共36页Disease生理生理生化改变生化改变基因表

2、达基因表达受体变化受体变化解剖结构异常解剖结构异常功能代谢异常功能代谢异常受体变化分子影像为观察机体某一特定病变部位的生化过程变化提供了一个窗口?MRPET/CTP53 geneCT，MR 临床症状体征临床症状体征现在学习的是第3页，共36页Molecular Nuclear Medicine核医学和分子生物学技术进一步发展和相互融合而形成的新的核医学和分子生物学技术进一步发展和相互融合而形成的新的核医学分支。核医学分支。应用核医学的示踪技术从分子水平认识疾病，阐明病变组织受体应用核医学的示踪技术从分子水平认识疾病，阐明病变组织受体密度与功能的变化、基因的异常表达、生化代谢变化及细胞信息密度与

3、功能的变化、基因的异常表达、生化代谢变化及细胞信息传导等。传导等。为临床诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平信息。为临床诊断、治疗和疾病的研究提供分子水平信息。Molecular Nuclear Medicine is the further development of nuclear medicine and molecular biology technology integration and the formation of the new branch. 现在学习的是第4页，共36页放射性核素示踪技术生物技术受体与配体基因技术细胞功能与代谢受体功能分布密度异常抗原表达基因异常表达显示

4、报告基因代谢增高与减低细胞活性与凋亡免疫学技术受体显像受体显像受体放射分析受体放射分析放射免疫显像放射免疫显像反义显像反义显像基因显像基因显像代谢显像代谢显像凋亡显像凋亡显像现在学习的是第5页，共36页核医学分子影像的理论基础分子识别是这一新兴领域发展的重要理论基础。在分子核医学有关的技术中，尽管不同的技术和研究手段，其依据的方法学原理各不相同，但是其共同的理论基础就是“分子识别，Molecular Recognise ”。现在学习的是第6页，共36页分子识别AntigenantibodyLigandreceptorPolypeptidetarget cellAntisense probeca

5、rcinoma gene (Complementary nucleotide核苷酸碱基互补)Enzymesubstrate 分子识别是分子核医学重要理论依据molecular recognise 现在学习的是第7页，共36页分子核医学的重要研究领域分子核医学研究的内容十分广泛，但最重要的研究领域有两个方面： 一是受体研究，二是基因研究在临床上以代谢、功能以及解剖学结构异常为表现的各种疾病其实都是在受体或基因水平变化（或生化变化）基础上的具体表现。现在学习的是第8页，共36页病人的基因型总是可以由生化过程来表达的，分子核医学利用放射性示踪药物不仅可以观察到体内生化过程的变化（Wagner教授称之

6、为“化学型” ），且将这种以某种生化过程的变化为表型的疾病与其相关的基因型联系起来，从而使人们对于疾病的认识以及诊断和治疗提高到一个崭新的水平。 Phenotype Genotype 现在学习的是第9页，共36页GlutreportertherapeuticmRNA HSV1-tkreceptorantigenLabeled ligandAbASON18F-FDGGlucose metabolismprobeProtein metabolismAmino acid metabolismhexokinasegene细胞分子靶与探针Cellular molecule target and prob

7、eAnnexin V现在学习的是第10页，共36页代谢显像代谢显像(Metabolism Imaging)(Metabolism Imaging)代谢显像是分子核医学最为代谢显像是分子核医学最为成熟的技术，并已广泛应用成熟的技术，并已广泛应用于临床诊断于临床诊断18氟氟-脱氧葡萄糖（脱氧葡萄糖（18F-FDG）Wagner教授将教授将FDG命名为命名为molecule of the century现在学习的是第11页，共36页18F-FDG代谢显像临床应用Tumor神经与精神心肌活性Early diagnosis, staging, recurrence and metastasis, eff

8、icacy 神经、精神疾病、脑功能研究，不同生理刺激或思维活动状态脑皮质的代谢，脑行为研究区别心肌坏死、冬眠心肌，为冠心病血运重建治疗提供依据，是判断心肌细胞活性的“金标准”代谢显像现在学习的是第12页，共36页11CCholine PET/CT 显像11CCholine 18FFDG 类癌的18F-DOPA显像代谢显像现在学习的是第13页，共36页受体显像（受体显像（Receptor ImagingReceptor Imaging）受体显像是利用放射性核素标记的某些配体能与靶组织中某受体显像是利用放射性核素标记的某些配体能与靶组织中某些高亲和力的受体产生特异性结合，通过显像仪器显示其功些高亲

9、和力的受体产生特异性结合，通过显像仪器显示其功能与分布的技术。能与分布的技术。是目前显示活体受体功能与分布的唯一方法。是目前显示活体受体功能与分布的唯一方法。现在学习的是第14页，共36页受体研究特点受体显像为在生理情况下，研究人体受体的分布（定位）、数量（密度）和功能（亲和力）提供了唯一的、无创伤性手段。神经受体显像已成为某些神经精神疾病（如Parkinson病）诊断和研究的重要手段。 正常多巴胺转运体显像正常多巴胺转运体显像PD的多巴胺的多巴胺D2受体显像受体显像现在学习的是第15页，共36页乳腺癌雌激素受体显像乳腺癌雌激素受体显像受体显像现在学习的是第16页，共36页受体显像为肿瘤个体化

10、治疗提供了依据和评估手段胰腺胃泌素瘤肝转移患者胰腺胃泌素瘤肝转移患者90Y-DOTA0-Tyr3-octreotide治疗前后的治疗前后的111In-DTPA-D-Phe1-octreotide显像显像PretreatmentPosttreatmentJ Nucl Med. 2010 Oct; 51(10): 15241531受体显像现在学习的是第17页，共36页反义与基因显像反义与基因显像Antisense & Gene ImagingAntisense & Gene Imaging应用放射性核素标记人工合成的反义寡核苷酸引入体内后与相应的靶基因结合应用显像仪器观察其与病变组织中过度表达的目

11、标DNA或mRNA发生特异性结合过程显示特异性癌基因过度表达的癌组织，从而达到在基因水平早期、定性诊断反义显像使肿瘤显像进入了基因水平，有可能成为未来“分子影像学”的重要组成部分现在学习的是第18页，共36页antisense imaging人工合成反义寡核苷酸人工合成反义寡核苷酸I.VLabeledimagingC-myc显示特异性癌基因过度表达的组织与病变组织过度表达的目标DNA或mRNA以碱基互补特异性结合反义显像现在学习的是第19页，共36页Antisense Imaging脂质体包裹99mTc-Survivin反义寡核苷酸鼠肿瘤模型显像（A为反义显像，肿瘤区呈异常浓聚；B为非标记反义

12、寡核苷酸抑制后对照影像）反义显像现在学习的是第20页，共36页报告基因显像与基因治疗监测重组治疗基因-HSV1-tk感染机体机体细胞染色体DNA转录转录mRNA制造特殊蛋白质治疗疾病感染成功？转染成功？report gene 治疗基因、报告基治疗基因、报告基因共表达因共表达核素显像探测体内报告基因转录位置表达活性持续时间标记报告探针18F或124I标记tk底物(如嘌呤核苷衍生物，FIAU）被tk磷酸化停留于细胞内 Reporter gene imaging and gene therapy monitoring现在学习的是第21页，共36页HSV1-tk报告基因显像报告基因显像PET imag

13、e(I-124 FIAU)CT imageFunctional-Anatomical co-registered PET/CT imagesTumor(gene expressed)Memorial Sloan Kettering Cancer CenterIn Vivo Proof of Concept and Optimization现在学习的是第22页，共36页生长抑素受体报告基因显像生长抑素受体报告基因显像现在学习的是第23页，共36页特定基因区蛋白质结构、生化反应改变插入特定段落的碱基配对观察功能回复情况删除致基因突变物质表现型表现型与基因的关联表现型与基因的关联分子影像学研究基因与

14、疾病相关性研究Genes and disease-related research现在学习的是第24页，共36页Control Tumor Control Tumor 未治疗的肿瘤动物模型P53未激活药物治疗后P53激活Imaging of tumor suppressor gene 现在学习的是第25页，共36页放射免疫显像研究放射免疫显像(RII)与放射免疫治疗(RIT)面临的技术难题：产生HAMA、分子量大血液清除慢、T/NT比值低、穿透能力差。开发Fab、F(ab)2、Fab、ScFv（单链抗体），甚至超变区肽段（分子识别单元）为发展方向。 肝脏胶体显像肝脏胶体显像 131I-AFP-

15、Ab显像显像肝癌肝癌 Radioimmunoimaging, RII现在学习的是第26页，共36页凋亡显像（Apoptosis Imaging）程序性细胞死亡又称细胞凋亡，是近些年人们关注的话题凋亡细胞的死亡与细胞坏死不同，凋亡是一种可诱导的有机组织死亡的能量需求形式，其细胞的消失不伴有炎症反应出现，而坏死则是混乱无序的，没有能量需求，导致局部炎性改变，常常继发于突发的细胞内成份释放凋亡可以由于细胞核受到严重损伤，如或X射线照射或线粒体内受到各种病毒侵袭等诱导产生，此外，也可通过外部的信号诱导，如fas配体与fas受体之间的相互作用诱导现在学习的是第27页，共36页Apoptosis Imag

16、ing凋亡显像对某些疾病治疗药物的设计与研究、治疗效果监测是非常有用的，用于肿瘤治疗效果、心脏移植排异反应监测、急性心梗与心肌炎的评价等 细胞膜上磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine）的异常表达是用于凋亡监测目的的靶物质，而35 KD的生理蛋白磷脂蛋白（Annexin V，又称膜联蛋白）对细胞膜上的磷脂酰丝氨酸微分子具有很高的亲和力。现在学习的是第28页，共36页Cell Membrane Alterationnormal cellapoptotic cellPhosphatidylserineAnnexin V99mTc-Annexin V现在学习的是第29页，共36页Norm

17、al saline 1 h 生理盐水生理盐水1hCyclophosphamide 1 h环磷酰胺环磷酰胺1hNormal saline 24 h 生理盐水生理盐水24hCyclop. 24h环磷酰胺环磷酰胺24h 6 h after I.V. 99mTc-HYNIC-ANNEXIN V30 min after I.V. 99mTc-HYNIC-ANNEXIN V现在学习的是第30页，共36页21st Century Molecule Nuclear Medicine & Molecular Imaging什么是“分子影像” (molecular image)？可以理解为“显示正常与病变组织细胞

18、的生理与生化信息的影像”分子影像实质上就是“生化影像”在疾病的形成过程中，病变细胞基因的异常表达、受体密度的变化以及代谢活性的异常，都是细胞某种生化改变的过程，由生化的改变导致功能改变，继而产生解剖学结构与形态的改变现在学习的是第31页，共36页分子影像的主要内容核医学：代谢显像、受体显像、基因显像、多肽药物显像、凋亡显像、单抗放射免疫显像等磁共振分子成像荧光分子成像超声分子成像（超声微泡等）临床前分子影像设备 Micro-PET、Micro-CT、 Micro-MRI、Micro-PET/CT临床前分子影像研究为分子影像学 逐步走向成熟，并真正应用到新药 的开发研究、生物治疗的临床前期 研究

19、及疾病的分子诊断有重要作用。The main content of molecular Imaging现在学习的是第32页，共36页CTUSMRINuclear ImagingOptical ImagingMRIUSNuclear Imaging当今主要的影像技术当今主要的影像技术核医学影像是当今最成熟的分子影像技术现在学习的是第33页，共36页The comparison of different modalityImage deviceSignalSpace resolutionDepthSensitivityProbe quantityPET1-2mmNo-limit10-1110-12

20、mol/L ngSPECT1-2mmNo-limit10-1010-11mol/LngBiolumines -cenceVisible light3-5mm1-2cm10-1510-17mol/LmgFluorescence imagingVisible light2-3mm 1cm10-910-12mol/L ugMRIradiowave 25-100umNo-limit10-310-5mol/LCTX ray50-200umNo-limitNot measurementunusedEchoHigh frequency sound wave50-500umcmNot measurement现

21、在学习的是第34页，共36页核医学分子影像的主要技术molecular biologyradiopharmaceutical researchlabeling technique researchImprove resolution of imaging instrumentMain techniques of molecule nuclear medicine现在学习的是第35页，共36页分子影像的研究目标靶细胞表面受体、转运载体细胞内的酶、信使RNA等建立肿瘤分子影像技术基本条件选择合适的结合靶点。设计高亲和标记探针。与该靶点能特异性结合物，具备足够的放大信号便于高灵敏探测。灵敏度高、分辨率好的成像仪器。现在学习的是第36页，共36页