分子影像学与介入放射学

分子影像学在介入放射学中的展望夏宝枢李文华张强青岛市海慈医学影像中心潍坊市人民医院前言概念分子影像学与介入治疗展望前言前言医学基础研究方面的发展，和医学影像设备探测能力的提高，影像学突破了原来的框架，与分子生物学、分子病理学等基础学科结合形成了一个新的边缘学科—分子影像学(molecularimaging)。传统的影像诊断显示的是一些分子改变的终效应，而分子影像学则可探查某些疾病分子异常演变过程。前言分子影像学涉及到一些致病分子的成像，涉及到疾病病理生理过程分子的成像，涉及到细胞与系统间的相互作用。分子影像不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平发现疾病的内因，真正地达到早期诊断和解决根本致病因素。前言分子影像学的巨大潜力和不断发展将对现代和未来医学模式产生革命性的影响，影像医学的发展将从解剖学或病理学的影像时代，逐步走向分子影像时期。Weisseleder预期分子影像学将在5~15年间进入大发展时期。前言1999年，第一届分子影像学专题会议在美国召开。2002年8月，在Boston会议上成立了分子影像学学会（SocietyofMolecularImaging,SMI），并举行了第一次年会。同年初，SMI的学会期刊《MolecularImaging》在美国创刊。国内对分子影像学的发展也十分重视。2002年10月在杭州，国家科技部在第194次例会上召开了以“分子影像学”为题的香山会议，这是国家探讨前沿科学的高峰会议。概念一、何谓分子影像学二、分子影像学有几个特点三、分子影像学的主要研究领域概念概念概念一、何谓分子影像学Weissleder于1999年提出了分子影像学的概念：活体状态下在细胞和分子水平应用影像学对生物过程进行定性和定量研究。它具有无创、实时、活体、特异、精细显像（分子水平）的特点。概念对一些重要分子的成像，对疾病病理生理的分子生物学过程的成像，灌注成像等均属于分子影像学的内容。广义理解，任何能够将分子医学实践与成像联系起来的事物都应该纳入分子影像学的范畴。汉字处理相关大脑皮层区的fMRI概念聋人与正常人枕叶视皮层对亮度敏感性的fMRI概念针刺镇痛的fMRI右侧合谷穴针刺后引起的平均信号升高区的fMRI概念针刺镇痛的fMRI右侧合谷穴针刺后引起的平均信号降低区的fMRI概念人脑对针刺与对指反映的实时fMRI1、右手对指运动2、3、针刺右侧足三里和阳陵泉4、5、6、同一例针刺右侧足三里和阳陵泉概念视觉和听觉的记忆的fMRI视觉记忆听觉记忆概念概念二、分子影像学有几个特点①分子影像学不同于传统的影像学，其成像基础或成像参数一定是某种或某类分子，称分子探针。②分子影像学研究的是临床可视影像，而不是单个分子或细胞构成的分子谱或细胞图。③分子影像学观察的成像对象仍然是物体，是病灶，不是单个分子，强调分子影像学的空间分辨率要达到分子水平是一种误解，既不现实，也无意义。概念（1）发展和快速筛选有生物协同作用的高亲和力配体；（2）改进对分子靶的传输并克服传输障碍；（3）设计新的信号放大方式；（4）开发新成像和检测设备。分子影像学的主要研究领域概念分子影像学常用的技术方法有成像技术和分子显像探针技术，常用的成像技术有核医学、MRI和光学成像技术。PET/CT概念PET/CT概念PET/CT概念超急性脑梗死1~5超急性脑梗死发病后3h图1、为PDWI为阴性、图2、T2WI阴性，图3、为DWI病灶显示多信号，图4、ADC病灶显示低信号，图5、三天后CT显示脑梗死，概念超急性脑梗死发病5小时后图6、T2WI右额顶轻微高信号图7、DWI右额顶大片高信号图8、ADC右额顶大片低信号概念超急性脑梗死发病4h图1、T2WI、图2、FLAIR皆未见异常图3、DWI左基底节稍高信号图4、DWI信号明显增高图5、ADC病灶呈低信号图6、MRA左侧大脑中动脉梗塞概念小鼠Lewis肺癌移植瘤模型活体分子成像图1、Lewis肺癌细胞显示黄绿色荧光，表示基因有表达。图2、48h后荧光细胞减少，亮度减弱图3、14天后，光学活体成像见小鼠双侧腹股沟，见绿色荧光团块。图4、21天后，绿色荧光团块更明显图5、28天后，活体成像图6、组织片中仍可见微弱荧光概念内皮抑瘤素对小鼠Lewis肺癌移植瘤抑瘤作用的分子成像图1、肿瘤成像图2、静脉注射肿瘤成像图3、局部注射肿瘤成像图4、药物注射部位出现肿瘤萎缩液化坏死概念分子水平放射学的介入研究由于介入放射学已深入到分子生物学的层面，而介入放射学仍为医学影像学的重要组成部分，因此，分子影像学也应包括分子水平的介入放射学研究。分子水平的介入治疗研究一、基因治疗二、细胞移植三、介入活检与分子探针特点一、基因治疗（一）基因治疗（二）基因治疗分类（三）治疗基因转染方式（四）介入基因治疗的应用（五）基因治疗尚待解决的问题基因治疗基因治疗（一）基因治疗是指向靶细胞引入外源基因，以纠正或补偿其基因缺陷，从而达到治疗的目的。目的基因导入靶细胞后与宿主内的基因发生整合，成为宿主遗传物质的一部分，目的基因的表达产物对疾病起到治疗作用。目的基因导入靶细胞内，代替缺陷基因而发挥功能，并不除去病变器官。基因治疗（二）基因治疗分类按治疗对象不同可分为三类①体细胞基因治疗②生殖细胞基因治疗③对外来侵入病原基因组进行治疗基因治疗①体细胞基因治疗将正常基因导入基因缺陷患者特定组织细胞中，以纠正这一细胞的遗传缺陷，达到治疗目的。体细胞基因治疗不影响后代，是我们研究的主要类型。基因治疗体细胞基因治疗根据目的基因在靶细胞中整合的方式又分为两种：其一是定位导入，将目的基因定位导入靶细胞的基因缺陷部位；其二是随机导入，将正常基因和治疗基因导入靶细胞以替代功能缺陷的异常基因，导入基因在靶细胞的染色体基因组上随机整合。基因治疗②生殖细胞基因治疗针对发生基因突变的生殖细胞基因组进行改造。此技术已用于兔、羊、猪等动物品种的改良。但是，目前治疗基因的导入只能随机组合，不能避免引起插入突变引起新的基因缺陷。此技术尚不能用于人类。基因治疗③对外来侵入病原基因组进行治疗，主要指传染病病原体的基因治疗。基因治疗（三）治疗基因转染方式要想使治疗基因整合到靶细胞的基因组实现基因治疗的目的，首先要使基因载体能够成功转染靶细胞。转染是指靶细胞主动摄取或被动导入外源性DNA片段而获得新表型的过程。基因治疗在体细胞基因治疗中，治疗基因转染方式主要有三种1、非病毒载体法（物理化学法）2、病毒载体法3、基因打靶技术基因治疗1、非病毒载体法（物理化学法）包括DNA与磷酸钙共沉淀，显微注射、电穿孔、脂质体包埋和染色体介导微细胞融合等。该法简单易行，但是转染率和整合率低，有可能产生一个细胞多拷贝的现象。此法转染率约为1％，最近的研究发现纳米材料载体携带治疗基因的能力和转染效率均高于其他非病毒载体。基因治疗2、病毒载体法用重组病毒作为载体，先构建携带治疗基因的重组病毒，再去转染细胞。本法转染率和整合率高，宿主细胞广泛，是目前基因治疗中主要的基因转染方法。基因治疗3、基因打靶技术先设计与疾病基因有同源序列的打靶载体，利用同源序列重组原理，把治疗基因定点整合到突变位置上。此法优点在于能原位修复，而且其基因表达受到正常调控，缺点是整合效率低。介入治疗中常用的病毒载体主要有以下几种1、缺陷型逆转录病毒载体2、腺病毒载体3、腺相关病毒载体4、单纯疱疹病毒载体5、慢病毒载体系统基因治疗基因治疗介入治疗中常用的病毒载体主要有以下几种1、缺陷型逆转录病毒载体（retroviralvector,RV）转染率高，基因表达时间较长。但是，RV的治疗基因是随机导入，而非定位导入，所以有可能引起原癌基因激活及抑癌基因灭活，导致引发肿瘤。RV只能感染分裂期细胞。2、腺病毒载体（adenoviralvector,AV）转染率高，但是其高水平基因表达持续时间相对较短，有野生型病毒生成及引起靶细胞免疫反应的不足。基因治疗3、腺相关病毒载体（adenoassociatedviralvector,AAV）能够定位整合到靶细胞染色体的某些位点上，避免在基因治疗中激活原癌基因或灭活抑癌基因，对靶细胞没有免疫反应和致瘤作用。AAV能够感染分裂期及静止细胞，转染范围广，转染率高。4、单纯疱疹病毒载体（herpessimplexvirusvector,HSV）可感染分裂期和静止期的细胞，特别易感染神经系统细胞，而且载体容量大，可携带大约30kb的治疗基因。但其治疗基因不能整合到靶细胞的基因组中，影响治疗基因的稳定表达，同时HSV能引起一定的宿主细胞毒性反应及有野生型HSV生成的危险。基因治疗5、慢病毒载体系统（lentiviralvector,LV）没有复制能力的缺陷型HIV能转染分裂期和静止期细胞，转染率高，可携带至少9kb的基因片段，没有免疫反应。（四）介入基因治疗的应用1、肿瘤细胞因子基因治疗2、肿瘤的抑癌基因治疗3、肿瘤的反义基因治疗4、淋巴细胞协同刺激因子激活基因治疗5、肿瘤的自杀基因治疗6、目的基因局部治疗基因治疗基因治疗（四）介入基因治疗的应用1、肿瘤细胞因子基因治疗通过导入相关的目的基因，增强免疫细胞的免疫活性，或肿瘤细胞的免疫原性，或增强细胞因子的表达强度，达到杀灭肿瘤细胞的目的。基因治疗2、肿瘤的抑癌基因治疗将抑癌基因（如RB基因、P53基因、MTS基因、nm23基因等）导入肿瘤细胞抑制肿瘤细胞的增殖，达到治疗目的。目前存在抑癌基因转染效率低的问题，体内研究不如体外研究。基因治疗3、肿瘤的反义基因治疗利用反义基因在转录和翻译水平阻断异常基因的表达，使肿瘤细胞进入正常分化轨道或进入细胞凋亡程序。4、淋巴细胞协同刺激因子激活基因治疗多种肿瘤缺乏B7分子，使T淋巴细胞激活的协同刺激通路阻断，T淋巴细胞的免疫监视功能不能正常发挥，肿瘤细胞呈现免疫逃逸的特点。通过基因治疗将B7分子导入肿瘤细胞，制止肿瘤细胞的免疫逃逸现象。基因治疗基因治疗5、肿瘤的自杀基因治疗自杀基因治疗又称药物敏感基因疗法、分子化疗或病毒介导的酶解前药物疗法（VDEPT）。其原理是将一些病毒或细菌基因组中药物前体转换酶基因（也称自杀基因）导入肿瘤细胞，该基因编码特殊的酶，可将原先对哺乳动物细胞无毒性的药物前体（前药）在肿瘤细胞中代谢为毒性产物，杀灭肿瘤细胞。基因治疗自杀基因治疗脑恶性胶质瘤最早进入临床试验，取得了较好疗效，目前已进入临床Ⅱ期试验。在其他多种肿瘤，如肝癌、黑色素瘤、前列腺癌和卵巢癌中自杀基因的临床应用疗效比较肯定，目前主要进行临床Ⅰ、Ⅱ期试验。基因治疗6、目的基因局部治疗如帕金森病的酪氨酸羟化酶（TH）基因治疗，TH是多巴胺合成的关键酶，将TH基因导入纹状体内，使局部多巴胺表达增强，达到治疗的目的。(五)基因治疗尚待解决的问题1、基因治疗转染效率的问题2、靶点整合的问题3、基因治疗的安全性基因治疗基因治疗(五)基因治疗尚待解决的问题1、基因治疗转染效率的问题介入治疗可以在CT、超声、DSA等设备引导下将基因载体注入靶器官，使载体病毒能够成功转染靶细胞。基因治疗为提高转染效率，需要注意两方面问题①基因载体引入靶器官的方式如经颈动脉注入，每克脑组织内蓄积的病毒载体量仅占注射量的（0.1±0.07）％，而非靶器官含量却甚高，如肝为（27±2.9）％、肺脏为（2.1±0.7）%；而将病毒载体直接注入脑内时，24小时后，脑内病毒载体仍有71％，只有部分病毒载体分布到其他部位，并且靶区域的浓度高于邻近区域，而邻近区域高于非靶部位。②基因载体的选择对非分裂期细胞最好使用AAV载体，对神经组织可使用HSV载体。基因治疗2、靶点整合的问题解决了转染效率问题，基因载体能够有效的进入靶细胞内后，下一个问题是如何使治疗基因特异的整合到靶点位置，使其最大限度的发挥生理效能。3、基因治疗的安全性研究基因治疗的对象可以是患病的病人，通过改变病人的基因结构和遗传特征达到治疗目的。但是将这种基因改变引入正常人群是十分危险的，应该禁止。二、细胞移植（一）胰岛细胞移植（二）多巴胺能神经细胞移植（三）肝细胞移植（四）胚胎干细胞移植（五）转基因细胞移植二、细胞移植细胞移植细胞移植