分子影像概论五年制讲稿.ppt

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1、分子影像概分子影像概论论五五年制年制第一页，讲稿共三十六页哦AnatomyBiologyDensityPerfusionMetablismReceptor functionGene expressionFunctionX-rayCTContrastkineticsAngiographyGamma GameraEchocardiographySPECTMRIMRI spectroscopyMicro-PETMicro-MRIMolecule-anatomy fusion imagingPETPET-CTOptical imagingMolecule ImagingMolecule Imaging

2、医学影像发展医学影像发展第二页，讲稿共三十六页哦Disease生理生理生化改变生化改变基因表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第三页，讲稿共三十六页哦Molecular Nuclear Medicine核核医医学学和和分分子子生生物物学学技技术术进进一一步步发发展展和和相相互互融融合合而而形形成成的的新新的的核核医学分支。医学分支。应应用用核核医医学学的的示示踪踪技技术术从从分分子子水水平平认认识识疾疾病病，阐阐明明

3、病病变变组组织织受受体体密密度度与与功功能能的的变变化化、基基因因的的异异常常表表达达、生生化化代代谢谢变变化化及及细细胞胞信信息息传导等。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.第四页，讲稿共三十六页哦放射性核素示踪技术生物技术

4、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第五页，讲稿共三十六页哦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”。第六页，讲稿共三十六页哦分子识别AntigenantibodyLigandreceptorPolype

5、ptidetarget cellAntisense probecarcinoma 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 第七页，讲稿共三十六页哦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。第八页，讲稿共三十六页哦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

6、物不仅可以观察到体内生化过程的变化（Wagner教授称之为“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 第九页，讲稿共三十六页哦GlutreportertherapeuticmRNA HSV1-tkreceptorantigenLabeledligandAbASON18F-FDGGlucose metabolismprobeProtein metabolismAmino acid metabolismhexokinasegene细胞分子靶与探针Cellular m

7、olecule target and probeAnnexin V第十页，讲稿共三十六页哦代谢显像代谢显像(Metabolism Imaging)(Metabolism Imaging)代代谢谢显显像像是是分分子子核核医医学学最最为为成成熟熟的的技技术术，并并已已广广泛泛应应用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教教授授将将FDG命命名名为为molecule of the century第十一页，讲稿共三十六页哦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

8、metastasis,efficacy 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”代谢显像第十二页，讲稿共三十六页哦11CCholine PET/CT 显像11CCholine 18FFDG 类癌的18F-DOPA显像代谢显像第十三页，讲稿共三十六页哦受体显像（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

9、仪器显示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能与分布的技术。其功能与分布的技术。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。第十四页，讲稿共三十六页哦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受体显像受体显像第十五页，讲稿共三十六页哦乳腺癌雌激素受体显像乳腺癌雌激素受体显像受体显像第十六页，讲稿共三十六页哦受体显像为肿瘤

10、个体化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受体显像第十七页，讲稿共三十六页哦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标DNA或m

11、RNA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”的重要组成部分第十八页，讲稿共三十六页哦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第十九页，讲稿共三十六页哦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为非标记反义寡核苷酸抑制后对照影

12、像）反义显像第二十页，讲稿共三十六页哦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第二十一页，讲稿共三十六页哦HSV1-tk报告基因显像报告基因显像PET image(I-124 FIAU)

13、CT imageFunctional-Anatomical co-registered PET/CT imagesTumor(gene expressed)Memorial Sloan Kettering Cancer CenterIn Vivo Proof of Concept and Optimization第二十二页，讲稿共三十六页哦生长抑素受体报告基因显像生长抑素受体报告基因显像第二十三页，讲稿共三十六页哦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表现现型型与与基基因因的的关关联联分子影像学研究基因与疾病相关性研究Genes an

14、d disease-related research第二十四页，讲稿共三十六页哦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 第二十五页，讲稿共三十六页哦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-Ab显像显像肝癌肝癌Radioimmu

15、noimaging,RII第二十六页，讲稿共三十六页哦凋亡显像（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第二十七页，讲稿共三十六页哦Apoptosis Imaging凋亡显像对某些疾病治疗药物的设计与研究、

16、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。第二十八页，讲稿共三十六页哦Cell Membrane AlterationnormalcellapoptoticcellPhosphatidylserineAnnexinV99mTc-Annexin V第二十九页，讲稿共三十六页哦apoptosis imagingNormal saline 1

17、 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24h6hafterI.V.99mTc-HYNIC-ANNEXINV30 min after I.V.99mTc-HYNIC-ANNEXIN V第三十页，讲稿共三十六页哦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的生理与生化信息的影像”分子影像实质上就是“生化

18、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第三十一页，讲稿共三十六页哦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 研究及疾病的分子诊断有重要作用。The main con

19、tent of molecular Imaging第三十二页，讲稿共三十六页哦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第三十三页，讲稿共三十六页哦The comparison of different modalityImage deviceSignalSpace resolutionDepthSensitivityProbe quantityPET1-2mmNo-limit10-1110-12mol/L ngSPECT1-2mmNo-limit10

20、-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第三十四页，讲稿共三十六页哦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第三十五页，讲稿共三十六页哦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。第三十六页，讲稿共三十六页哦