第一篇　基础篇

第一章　分子影像学概述

第一节　分子影像学基本概念

一、概念

分子影像学是指在活体状态下，应用影像学方法对人或动物体内的细胞和分子水平生物学过程进行成像、定性和定量研究的一门学科。目前应用于分子影像研究的成像手段包括：放射性核素成像（radionuclide imaging）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、磁共振波谱成像（MR spectroscopy，MRS）、光学成像（optical imaging，OI）、超声成像（ultrasound，US）及多模态融合成像等。这些成像技术可以提供解剖、功能、代谢或分子信息，使基因表达、蛋白质之间相互作用、信号传导、细胞的代谢以及细胞示踪等生命系统内部某些特定的生理或病理过程，通过直观的图像呈现出来。

生命科学的发展为分子影像学的产生奠定了基础，分子生物学和现代医学影像学的进步又使分子影像学的快速发展成为必然。与生命科学领域内的其他学科比较，分子影像学具有如下特征：①将复杂的生物学过程（如基因表达、生物信号传递等）变成直观的图像，使我们能够更好地在分子水平理解生理、病理的机制及其特征；②可同时监测多个分子生物学过程；③评估生理、病理分子水平上的进程；④发现疾病（如肿瘤）早期的分子变异及病理改变；⑤在活体上早期、连续性地观察药物治疗及基因治疗的机制和效果。

分子影像学集医学影像学、分子生物学、生物工程学、化学、纳米技术、物理学、免疫学、遗传学及计算机科学等多学科于一身，是分子医学的重要研究方法和组成部分。与传统医学影像学对比，分子影像学着眼于生物体病理生理过程中细胞和分子水平的基础变化，并进行直观定性及定量显示，而不是显示这些变化的最终结果。分子影像学捕捉的是疾病发生、发展的早期变化，而不是等到疾病发展到后期所表现出来的组织器官形态学上的变化，因此其对病变具有早发现的特点；另外，它是基于生命体内病理生理的特异性标志物成像，能够根据标志物的特性准确地对疾病作出判断，具有无创、活体、特异、精细显像等特点；分子影像学还能够对同一个体进行实时、连续的观察，监测疾病发展及治疗过程中基因、分子及蛋白质水平的细微变化，精确评估治疗效果。

因为分子影像学具备上述特有的优势和发展前景，相信其将会在以下三个方面发挥关键作用：①研究疾病的发生、发展和转归，指导临床及时采取有效手段进行预防和治疗；②在药物研制、开发和评价中发挥作用，指导临床对患者分层治疗和个体化治疗；③在诊断和治疗新技术、新方法，如基因治疗、干细胞移植等的转化和应用中发挥作用。分子影像学作为医学影像学未来的发展方向，通过多学科的支持与合作，必会尽显其魅力，取得令人瞩目的成就。

二、工作原理

分子成像是指通过引入分子探针（molecular probe）与成像靶点（如受体、酶和核酸）特异性结合，应用高精度的成像设备获得分子信息，示踪体内特殊分子，尤其是对那些决定疾病进程的关键靶点进行成像的技术。分子影像技术有三个关键因素，第一是高特异性分子探针，第二是合适的信号放大技术，第三是能灵敏地获得高分辨率图像的探测系统。它将遗传基因信息、生物化学与新的成像探针综合输入到人体内，用它标记所研究的“靶子”（另一分子），通过分子影像技术，把“靶子”放大，由精密的成像技术来监测，再通过一系列的图像后处理技术，达到显示活体组织分子和细胞水平上的生物学过程的目的，从而对疾病进行亚临床诊断和治疗。分子探针行使的是自身特有作用，因此要满足：①分子量足够小，容易穿透细胞膜达到靶目标，并且与靶目标具有高度特异性和亲和力，与非靶目标有较低的亲和力；②能反映活体内靶生物分子含量，对细胞表面和细胞内相同靶生物分子的结合不存在倾向性差异；③具有一定通透性，能顺利到达目的地，且不会引起机体明显免疫反应；④能在活体内保持相对稳定，在血液循环中有适当的清除期，以满足既能与靶生物分子充分结合又避免“高本底”对显像的影响；⑤以微量分子为标记物载体，无细胞毒性；⑥具有生物兼容性，能参与人体正常生理代谢过程。合适的信号放大技术，也就是化学的或生物的信号扩增方法，分子探针探测到的信号需要放大才能真正达到目的。传统的影像学技术是依靠其物理学和组织生物学的改变来发现疾病，对疾病进行定性的，分子影像学建立在传统的影像学技术的基础上，旨在发现分子水平或细胞水平的异常。目前较常用的分子影像学技术包括：①放射学核素成像技术；②MR技术；③光学成像技术；④超声成像技术；⑤多模态融合成像。

分子影像学研究需要以下几个关键性的步骤：①确定一个感兴趣的生物学过程，并通过分子成像技术来评估非侵入性地显示这一生理生化过程的意义。②确定一个靶分子，可直接或间接显示感兴趣的生理生化过程。③选择合适的成像技术和成像剂。合成成像剂需要一定的化学标记（其包含目标和信号组件），一些体外（基于分子/细胞生物学）、体内（基于动物模型）实验需要评估成像方法的特异性和可选择性。④如果临床研究是最终目标，则需开发数学模型或算法，从图像中获得有意义的数据。

分子影像学作为一门综合性学科，具有巨大的潜力和未来，它是探索生命体在正常状态和疾病状态下内部运作的一个重要手段。

三、应用范围

随着分子影像学的不断发展，目前其应用主要集中在生命科学研究、医学研究与药学研究等几个方面。

（一）生命科学研究

生命科学是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界、造福人类，与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是目前在全球范围内最受关注的基础自然科学。当前分子影像学在生命科学研究中的应用主要集中在细胞生物学和分子生物学方面，尤其在干细胞生物学、表观遗传学、分子免疫学、肿瘤生物学以及小分子核酸核糖、蛋白质修饰和讲解，甚至基因组学等研究中发挥重要作用。

近几年，随着高质量研究技术的发展和人类基因组计划的完成，生命科学已经进入了一个以“组生物学”（omics）推动发展的新时代。蛋白质、酶、核酸等生物大分子的结构、功能和相互关系逐渐被揭示，但所使用的研究方法更多地局限于有创的离体研究手段，例如：聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）、原位杂交和免疫组织化学等。然而机体功能环境复杂，离体实验不能完全模拟活体状态下的分子运行机制，不能正确反映活体状态下分子间的相互作用关系，所得的结果也可能与体内真实情况不符。

分子影像学的出现有望弥补这些不足。例如：在基因功能研究方面，分子影像研究可以直接记录启动子的活动并且直观成像，而通过PCR检测的内源性目的基因表达方法不能活体捕捉目的基因表达的部位、幅度以及时间。此外，小动物成像技术，尤其是转基因动物的活体分子成像技术，是生命科学研究不可多得的工具。转基因动物技术是用一定方法将人们需要的目的基因导入受体动物的基因组中或是把受体动物基因组中的一段脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）切除，使受体动物的遗传信息发生改变，并且这种改变能稳定地遗传给后代，是常规分子生物学的延伸和拓展。由于其打破了自然繁殖中的种间隔离，使基因能在种类关系很远的机体间流动，因此为人们研究生命科学提供一个更有效的工具。借助于日益发展成熟的小动物成像设备和技术，我们可以通过分子成像直接在活体内、在分子水平上观察活体动物内的相关生物学过程、特异性基因的功能和相互作用等。例如，有些学者探究了使用新型可转移的血管内皮生长因子受体靶向微泡（vascular endothelial growth factor receptor targeted microbubbles，VEGFR-2-MB）的超声分子成像评估转基因小鼠早期乳腺癌、胰腺癌组织发展的潜能，研究发现早期乳腺癌、胰腺癌肿瘤血管的超声分子成像可能有助于提高早期肿瘤超声检测诊断的准确性。

现代生命科学研究的真正起点是“人类基因组计划”。在此基础上，成像基因组学发现MRI表现型和基因表达相关，使得放射基因图谱作为基于诊断成像和基因组学的一种新方法横空出世。对胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）患者的神经影像资料进行形态学和功能分析、同时对其进行基因和非编码单链RNA（micro ribonucleic acid，miRNA）的生物学分析显示在高脑血流速率（cerebral blood velocity，CBV）的肿瘤患者中决定灌注形式的基因、miRNA和相应的分子网络与癌症、血管生成和侵犯程度高度相关，从而确认关键基因和miRNA，建立一个影像基因图谱，以找到GBM基因治疗的新靶点。

（二）医学研究

到目前为止，分子影像学主要应用在基础医学研究领域，由于受到学科本身发展水平和法律法规的限制，临床前实验和临床实验的开展还较少。即便如此，分子影像学仍显示了很好的临床应用前景。

1.疾病早期诊断、鉴别诊断

疾病的产生一般经历如下过程：基因突变—生物大分子改变—代谢异常—功能改变/结构改变—出现症状。目前传统的影像学诊断是以大体病理学改变为基础的，只有当疾病发展到“功能改变/结构改变”这一阶段才能被发现，远远晚于分子、细胞、组织水平阶段，因此，不能达到“早期诊断”的目的。

分子影像学可使疾病的诊断水平提前至分子异常阶段，通过检测体内基因、分子水平的异常变化，观察疾病的起因、发生、发展等一系列过程，而不仅仅是疾病后期解剖形态和生理功能的改变。对于恶性肿瘤来说，早期发现、早期诊断和早期治疗是提高患者预后的必经之路。在肿瘤发生、发展的过程中，其细胞内的一些分子发生不同程度的改变，这种能反映细胞恶变的分子统称为肿瘤标志物。分子影像学通过对各种肿瘤标志物的检测，可以对相应肿瘤作出早期特异性诊断，指导临床医生根据患者疾病的分子特征选择更有效的靶向治疗手段，从而达到延缓、阻止、甚至逆转肿瘤发生发展的目的。例如：常规显示形态结构改变的超声检查对早期乳腺癌、胰腺癌检测缺乏敏感性和特异性。有些学者使用VEGFR-2-MB超声分子成像评估转基因小鼠早期乳腺癌、胰腺癌组织的发展潜能，结果显示使用VEGFR-2-MB肿瘤病灶的超声成像信号明显升高，并且此成像信号经抗体阻断后明显降低。早期乳腺癌、胰腺癌的肿瘤血管的超声分子成像可能有助于提高早期肿瘤超声诊断的准确性。

精准诊断极为关键，及时精准地诊断肿瘤复发可使肿瘤患者出现完全不同的预后。临床常规采用增强MRI诊断脑肿瘤复发，但增强MRI对鉴别肿瘤复发与非特异性治疗后改变常常价值有限。正电子发射断层成像（positron emission tomography，PET）能够提供更多关于肿瘤的代谢信息，辅助医生作出更加准确的鉴别诊断。葡萄糖为脑组织唯一的能量来源，其在正常脑组织中含量明显高于胶质瘤中含量。有研究证实，用放射性核素标记氨基酸，如 11C-蛋氨酸（MET）、18F-酪氨酸（FET）或 18F-苯丙氨酸等，能够更加敏感地监测放疗、化疗、靶向治疗及125I粒子治疗等的疗效反应，有助于早期诊断肿瘤复发。

2.治疗前疗效预测与预后评估，指导个体化医疗

个体化医疗是指根据个体携带的遗传信息制定针对某些疾病的预防、治疗策略。主要有两层含义：一是针对患者个体进行快速、准确的诊断；二是围绕诊断进行最有效，同时也是最经济的治疗。分子影像学，能够无创/微创、可重复提供在体、定量、实时、可视化的分子或基因信息，甚至多分子相互作用信息。这些独特、真实的个体信息，正是个体化医疗的前提。医疗方案的疗效很大程度上取决于适应证与禁忌证的把握，通过分子影像学的方法及时地筛选出可能的受益患者群体，有助于节约医疗成本，造福更多的适宜患者。

乳腺癌是女性最常见的肿瘤，靶向治疗已取得良好临床疗效，其中原癌基因人类表皮生长因子受体 2（human epidermal growth factor receptor-2，HER2）是乳腺癌靶向治疗的重要靶点。研究证明PET HER2表达显像能够精准定量转移性乳腺癌患者全身HER2表达状况，筛选出具有潜在治疗价值的患者，为HER2靶向治疗提供可靠依据，从而提高治疗针对性，减少医疗资源浪费。心肌梗死是临床最为常见的一种疾病，新型分子影像能够有效地预测患者预后，从而制订出有效的个体化治疗方案。有学者以靶向整合素ανβ3的分子探针99Tcnl-IDA-D-［C（RGDfK）］2进行单光子发射计算机断层成像（single photon emission computed tomography，SPECT）显像鉴别出缺血但存活的心肌，显像结果也获得了免疫组化结果的支持，从而证实该方法可以敏锐地筛选出能够从血管重建中获益的患者。

3.监测生物治疗

生物治疗是指通过生物反应修饰剂（biological response modifiers，BRM）对肿瘤进行治疗的一种方法。肿瘤生物治疗又称为免疫治疗，可以通过诱导机体主动免疫或过继性免疫法来重新调整被破坏的机体与肿瘤之间的平衡，使患者的免疫功能得到恢复，延长患者生存期。肿瘤生物治疗是一种新兴的、具有显著疗效的肿瘤治疗模式，是一种自身免疫抗癌的新型治疗方法，是继手术、放疗和化疗之后的第四大肿瘤治疗技术。肿瘤生物治疗主要包括四大类，即基因治疗法、细胞治疗法、细胞毒素治疗法和抗体治疗法。目前大多数技术还处于基础实验研究和临床前实验研究阶段，少数较为成熟的疗法已经进入到临床应用领域。分子成像为生物治疗过程提供了有效的监测手段，目前在该领域的应用主要在以下几个方面：

（1）基因治疗：

基因治疗是指利用载体向体内输入治疗基因，使其在体内表达，最终达到治疗疾病的目的。p53是我国第一个基因治疗药物，也是世界首个获得批准的治疗药物。p53的上市，引起了全世界的广泛关注，被誉为“基因研究和生物高技术领域新的里程碑，将对整个世界的医疗卫生系统产生影响，为人类的健康事业做出重要贡献。”

但如何在活体示踪基因治疗载体的传输、分布，监测基因表达的时空特性，表达的量和治疗的疗效，一直是基因治疗的难点。分子影像学对其提供了有效的帮助。

在恶性肿瘤的各种基因治疗中，自杀基因（suicide gene）/前药（prodrug）系统备受关注。自杀基因，是指将某些病毒或细菌的基因导入靶细胞中，其表达的酶可催化无毒的药物前体转变为细胞毒物质，从而导致携带该基因的受体细胞被杀死；在缺乏前药的条件下，该种基因的表达对机体无害。这类自杀基因包括Ⅰ型和Ⅱ型单纯疱疹病毒胸苷激酶基因（HSK1-tk，HSK2-tk）、水痘带状疱疹病毒胸苷激酶基因（VZV-tk）、大肠埃希菌嘧啶脱氧酶基因（EC-cd）等。最常用的是单纯疱疹病毒1型胸腺嘧啶激酶/戊环鸟苷（HSV-tk/GCV）系统。HSK-tk首先由Mcoiten等于1986年报道，肿瘤细胞基因修饰后表达HSV-tk。1990年有学者研究报道应用逆转录病毒载体转导HSK-tk基因治疗肿瘤，并对随后应用GCV敏感。病毒、细菌、真核细胞中都存在胸苷激酶（HSV-tk），无毒的GCV在胸苷激酶的作用下生成三磷酸产物GCV-TP，该产物具有强烈细胞毒性，能抑制DNA聚合酶，渗入DNA合成链中，作为链的终止剂，干扰细胞分裂时DNA的合成，最终导致细胞阻抑或死亡，从而达到杀死肿瘤细胞的目的。

探索HSV-tk基因在细胞内的行为机制对提高HSV-tk/GCV治疗系统的安全和效率至关重要。分子影像学通过影像学方法（例如放射学核素14C、124I、131I、18F）标记底物合成报告探针，用放射自显影、γ照相、SPECT和PET等影像学检查进行示踪。由于HSV-tk基因编码的HSV-tk能将报告探针作为底物进行特异性催化，将报告探针“捕获”在转导的细胞内，这样就实现了用影像学方法直接监测基因治疗的过程。由于酶-底物反应系统特有的生物学放大效应，该方法可对低水平基因转染的细胞进行有效的检测，是目前研究最为广泛和有效的一种基因成像手段。有学者利用量子点技术在TK基因和远红外荧光量子点之间构建共价键对TK基因进行标记，这个标记既不会影响量子点的远红外荧光效应，又不会影响TK基因的生物功能，实现了对HSV-tk/GCV系统在体内、体外的作用过程的实时动态的可视化追踪，并发现这种量子点不仅可以实时追踪，还能控制管理HSV-tk/GCV的效率，这为提高肝癌HSV-tk/GCV基因治疗的效率及个体化治疗提供了可视化的依据。

（2）细胞治疗：

细胞疗法是利用生物工程的方法获取人体某一特定类型细胞进行制备，再回注入体内，利用其具有的特殊功能来治愈人类某些疾病的方法，例如细胞免疫治疗、干细胞移植治疗等。

分子影像学技术的发展可以直观判断移植细胞在宿主体内的存活、增殖、迁移和分布。一种理想的成像模式一般要满足以下几方面的需求，空间分辨率高（< 1nm）、时间分辨率高（< 1ms）、视野广阔（100nm～1m）、无电离辐射、内源性对比度高、不受体外因素干扰、能够看到体内任何部位、同时显示结构和功能、花费低且操作简便。但目前还没有一种成像模式能够满足全部的观察需求，因此，选择何种成像模式依赖于想要解决的问题。如需要较高的空间和时间分辨率，MRI为首选，需要较高的灵敏度则可以选择核素成像。目前利用MRI方法进行细胞示踪仍是研究细胞治疗的首选方法。基于T细胞的免疫治疗法为胶质母细胞瘤的治疗提供了一种极有前景的方法，但肿瘤的治疗效果难以进行实时监测。利用嵌合抗原受体（chimeric antigen receptor，CAR）技术将健康志愿者外周血内分离出来的T细胞经EGFRⅧ-CAR特异性人类嵌合抗原受体进行转导，并用超顺磁性氧化铁（USPIO）标记EGFRvⅢ-CAR T细胞来构建USPIO-CAR T细胞，将该细胞移植到U87-EGFRvⅢ胶质瘤裸鼠上，进行MRI和免疫组化检测。7.0T MRI和免疫组化结果显示，USPIO-CART细胞聚集到胶质瘤中，并对荷瘤裸鼠具有显著的治疗作用。这项研究表明，MRI可活体示踪CAR-T细胞分布、并监控其治疗效果，对实体瘤的CAR-T免疫治疗的发展具有重要意义。

（3）疗效监测：

任何一种疾病的医学研究，都是以有效控制疾病、治疗甚至治愈为最终目的，因此及时有效的监测疗效非常必要：①疗效评价是临床医生判断患者是否继续治疗和研究项目是否继续进行的依据；②在早期临床试验中，客观评价疗效是试验药物或方案的预期目的，其结果是决定该药物或方案是否值得进一步研究的依据，体现在Ⅱ期临床研究中。

传统影像学对于疾病治疗疗效的判定往往根据病变形态改变和功能的改善，一般是通过监测病变的大小、密度、形态、血液供应程度的变化来实现的。例如对于恶性肿瘤的保守治疗，传统影像学方法通常是通过观察治疗一段时间后肿瘤体积的缩小或者血液供应的减少来判断疗效，这种方法评价疗效很片面，又相对滞后，不能及时准确反映疗效。有些治疗即使有效，在短时间之内病变大小没有明显变化，但决定肿瘤发展关键步骤的分子已经得到有效控制；而有些治疗效果不佳，已经出现远处转移，但肿瘤大小却没有明显变化。

分子影像学技术在治疗过程中可实时监测治疗效果。大量资料表明，葡萄糖代谢PET显像能够在肿瘤化疗和放疗过程中早期监测治疗反应，甚至在实施治疗后24小时就有代谢活性的变化，其病灶代谢活性随着治疗实施而减低。因此，对于治疗无反应者及时调整治疗方案，不必在治疗多个疗程后才通过复查肿瘤的大小变化来评价治疗效果，避免了化疗所产生的不必要的损害和无效治疗。动物实验及人体研究都表明，核素或磁共振凋亡显像、乏氧显像也是早期评价放化疗治疗反应与疗效的准确方法。随着治疗后肿瘤细胞活性的降低，肿瘤细胞出现凋亡，核素显像表现为显像剂摄取异常浓聚；而乏氧显像则正好相反，随着有效的治疗，肿瘤病灶乏氧得到改善，病灶对乏氧显像剂的摄取也随之减少，这种改变一般都在形态学改变之前。

另外，随着分子医学研究的逐渐深入，分子靶向治疗已经成为研究热点，这对于从分子水平监测疾病疗效提出了更高的要求。分子影像学可针对靶向治疗的分子靶点甚至治疗分子本身进行直接的疗效监测。Bs-F（ab）2是由西妥昔单抗Cetuximab和TRC105两个单克隆片段合成一种异质二聚体，同时靶向表皮生长因子受体EGFR和CD105，将其同NOTA进行偶联，标记64Cu形成64Cu-NOTA-Bs-F（ab）2对携带U87MG（EGFR/CD105 +/+）的小鼠进行PET检查，结果表明肿瘤对64Cu-NOTA-Bs-F（ab）2具有显著的吞噬作用。对小鼠注射一个阻断剂量的Cetuximab或TRCl05后，能显著减少肿瘤对64Cu-NOTA-Bs-F（ab）2的摄取。因此该双特异性抗体能够同时靶向EGFR和CDl05，其对肿瘤细胞的靶向作用具有协同作用，对肿瘤的诊断及疗效评估具有重要意义。

（4）诊疗一体化分子成像研究：

诊疗一体化是指疾病在诊断的同时进行治疗，治疗时同步监测疗效的一种方法。目前疾病的诊治模式，大多在诊断后进行治疗，治疗后对疗效进行判断。诊、治时间选择均有一定的滞后性，往往错过了最佳治疗时机。尤其是对于分子靶向治疗，分子靶点会瞬息发生变化。纳米医学的发展，多功能复合纳米材料的出现，为实现诊疗一体化提供了契机。

有学者构建了集超声、肿瘤光热治疗于一体的纳米金壳微胶囊，具有穿透力强、特异性高、可生物降解的特性。在超声造影成像监控下，通过近红外光照射金壳微胶囊，可对乳腺癌进行无创热性消融，避免了对正常组织的损伤，为临床肿瘤诊疗一体化研究提供借鉴。有研究者开发了1种四面体自组装的多功能纳米粒子，利用小分子肽标记使其具有肿瘤靶向性，应用凝集素Cy5.5标记使其具有荧光特性，并携带小转运RNA。在活体内多功能纳米粒子与肿瘤特异性结合后，利用光学分子成像对肿瘤进行诊断的同时发挥干扰RNA的治疗作用，在治疗过程中，通过荧光信号的强度判断治疗效果。

目前，基于纳米技术的发展，疾病的诊疗一体化有了很大的进步，但其进一步应用仍充满挑战。如何合成高灵敏度、高靶向性诊疗一体化探针，优化探针在靶区蓄积的浓度、控制探针停留的时间、药物的释放等，都是今后研究工作的重点。

（三）药学研究

分子影像学可以在体外直接定量测定所标记的药物或化合物在活体内的分布，从细胞、分子的层面观测生理或病理变化，具有无创、实时、活体、高特异性以及高分辨率等优点，有利于候选药物的早期筛选，及时中止不必要的实验过程，从而有效地降低开发成本，缩短开发周期，提高开发效率，有望为药物研发模式带来重要的变革。

新药研发包括药物靶点的确立、先导化合物的获取与优化、临床前及临床研究等。而临床研究中活体药代动力学检测技术难度大，目前人体的药代动力学参数多由动物药代动力学根据体积质量差异进行换算。但实验动物与人体药物的代谢途径、代谢酶种类以及药物在活体内的吸收和分布等存在巨大差异。如果应用分子成像技术，可以解决药物开发过程中人体药代动力学检测问题，准确预测药物在人体内的吸收、分布、代谢特性及治疗效果。

利用PET分子成像技术结合微剂量方法（低于试验制剂在人体产生药理效应剂量的1%），以极低剂量在人体内敏感、安全地进行早期评估候选化合物的药代动力学特征，可以获得人活体药代动力学参数。有研究者在抗血管生成药物开发过程中，合成了ανβ3的新配体AH111585。为了评价这种小分子在活体内针对药物靶点ανβ3的药代动力学特征、定位靶向性等，利用18F对AH111585进行标记，通过PET成像评价治疗效果，结果显示18F-PET成像可明确小分子在人体内的分布及代谢情况，为临床药物剂量的应用提供了依据。Licartin是一种用于导向放射治疗肝癌的 131I标记的新型单抗［HAb18F（ab′）2］，可与分布在肝癌细胞膜蛋白中的HAb18G（CD147）抗原结合，发挥治疗作用。但CD147也广泛分布于上皮、内皮等正常细胞，在治疗过程中的安全性和有效性值得关注。利用分子成像技术在人体内监测Licartin与靶点的结合情况及对肝癌的治疗效果，可以有效地评价药物的安全性及有效性。

尽管分子影像学发展迅速，取得了巨大的进步，但分子成像技术的发展仍面临着重大的挑战和瓶颈问题。第一，在探针构建方面，不仅要解决探针的高亲和性、高靶向性问题，而且由于单一成像模态提供的信息有限，为满足多元信息采集的需要，需要引入纳米技术，以进一步推动多模态及诊疗一体化分子探针技术平台的构建。第二，在靶点识别方面，目前的分子靶向探针所能识别的分子靶点不足已知肿瘤分子靶点总数的5%。这就要求我们在准确全面认识疾病发生发展过程中重要生物靶点的基础上，筛选出更多的能特异性结合这些靶点的多肽或多肽类似物，改善分子探针识别关键生物靶点的能力。第三，在靶点成像策略方面，从单一的靶点成像到多靶点成像，再到疾病信号传导通路的系统性分子成像，需要实现在体、定性、定量、网络化监测疾病的进程。第四，在转化医学研究方面，要针对分子靶向性药物研发有效及特异的检测方法，实时监测治疗效果。如何推动基础研究、临床前或早期临床试验成果向更深层次转化，从而改善临床实践仍然是分子影像学研究面临的最主要问题。

总而言之，分子成像可在分子水平上活体直观监测疾病的发生、发展以及治疗过程中关键靶点的变化情况，解决临床医学中亟待解决的问题，从而实现高危人群的早期预警、筛查，疾病的分子水平定性诊断，治疗方案的合理选择、优化，疗效的实时判定，推动医学模式进入分子水平精准诊疗的个体化医疗新时代。

（王培军　倪　炯　成水华　王静雯）