多模态分子影像的研究进展
柳梅，冷德文，范学朋*
【期刊名称】中国医学影像学杂志 【年(卷),期】2024(026)006 【总页数】5
【关键词】【关键词】分子影像学；分子探针；光学；诊断显像；体层摄影术，X线计算机；磁共振成像；正电子发射断层显像术；体层摄影术，发射型计算机，单光子；肿瘤；心血管疾病；干细胞；综述
【基金项目】武汉中青年医学骨干人才基金[武卫生计生[2016]59号]
分子影像学是运用影像学方法显示组织水平、细胞水平和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平的变化，对其生物学行为在影像方面进行定性和定量研究。分子影像是一个新兴的跨学科领域，融合了分子生物学、物理学、化学、放射医学、核医学、计算机医学等多个学科，其主要成像方法包括5类[1]：①光学成像：包括生物发光成像、荧光成像（fluorescence imaging，FI）、光声成像（photoacoustic imaging，PAI）和光学层析成像；②放射性核素成像：包括单光子发射型计算机断层成像（SPECT）和正电子发射型计算机断层显像（PET）；③CT；④MRI；⑤超声（US）。单一的显像方法往往存在局限性，难以同时满足对灵敏度、特异性、靶向性等的要求。多模态分子影像中的分子探针能同时进行多种方式的显像，克服了单一显像方式的不足，实现了优势互补，拓宽了分子影像技术的应用范围。多模态分子显像分为直接显像和间接显像，均需构建相应的分子探针。直接显像指标记探针直接与目标靶特异性结合达到显像的目的，直接显像的多模态探针需要针对一个目标靶向蛋白
连接不同的显像功能基团，此方法需要对每一个靶构建相应的探针，且受到偶联位点数目的限制。间接显像指通过报告探针对报告基因表达产物进行特异性的捕获而显像。本文拟对多模态分子影像的最新研究进展进行综述。
1 多模态分子探针的构建
1.1 PET/光学成像双模态探针 常用的PET/光学成像探针有基于64Cu-量子点、基于86Y-近红外或111In-近红外的双模态探针等。基于64Cu-量子点具有较大的表面积，有利于对成像功能基团进行修饰[2]。Hong等[3]利用氧化锌纳米粒子（ZnO NPs）和64Cu，IgG1与CD105（endoglin）的嵌合型单克隆抗体（TRC105）结合，研制了具有良好的载体PET显像和肿瘤血管光学成像功能的探针。基于86Y、111In或64Cu的分子探针较11C和19F的半衰期长，易螯合，具有一定的成像优势。
1.2 MRI/光学成像双模态探针 MRI/光学成像双模态探针是比较成熟的技术，MRI的敏感度高，而光学成像的灵敏度高，两者结合提高了诊断准确性，随着纳米科技的发展，越来越多的材料用于构建MRI/光学探针，如荧光染料、功能性量子点、纳米金和稀土材料[4]。Zhang等[5]合成了结合有半导体聚合物量子点和光敏剂的脂质体微粒（Pdots/Ce6@lipid-Gd-DOTA）用于MRI/PAI，且同时具有光动力和光热的治疗作用。上述结果表明，该探针的细胞毒性非常低，并能显著增强MRI和PAI信号对比度，同时提供了肿瘤的解剖信息和形态信息。
1.3 MRI/CT成像双模态探针 MRI/CT探针构建方式多样，Jin等[6]合成了以镧系为基础的具有高敏感性、生物相容性好、合成过程简单的多模态MRI/CT纳米探针，即聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）修饰的稀土参杂的
NaGdF4纳米颗粒（PEGylated Dy-doped NaGdF4）。实验结果表明，该探针能显著增强注射后24 h肝脏、脾脏、肾脏的MRI对比度，并具有很强的X射线信号增强效应。
1.4 PET/MRI成像双模态探针 目前，已有成熟的PET/MRI显像设备，相应的PET/MRI分子探针也开始逐步用于科研和临床，如基于124I纳米材料、64Cu-纳米材料和111I-超顺磁纳米的PET/MRI多模态分子探针。
1.5 PET/MRI/声光成像三模态探针 近年来，三模态探针逐渐成为研究热点，Kim等[7]成功研制了具有增强近红外荧光信号的PET/MRI纳米硅探针，实现了活体内前哨淋巴结的监测，利用荧光染料被刚性二氧化硅包裹时能促进辐射跃迁，增加荧光强度和量子产率，将荧光染料NIR797包裹于二氧化硅纳米粒子内，制成MNP-SiO2（NIR797），再把放射性元素68Ga标记于MNP-SiO2（NIR797）表面，获得了PET/MRI/FI三模态探针。Qin等[8]的研究实现了单一报告基因探针的三模态成像，与传统的将不同报告基因联合在一起实现多模态显像不同，其利用带酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）编码的质粒转染人乳腺癌细胞MCF-7，TYR是黑色素生成的限速酶，黑色素能吸收光实现光学成像，将黑色素与18F-FHBG结合，实现PET成像，且因黑色素带有大量的阴离子，与铁结合后实现了MRI，将MCF-7-TYR接种于荷裸鼠前臂，具有较好的载体光声成像、MRI和PET成像效果，见图1。
此外，SPECT/光学、SPECT/CT/光学、SPECT/MRI等多模态分子探针也有报道，随着研究的深入，相信会有更多的构建简便、成像效果好、毒副作用小的分子探针相继出现。
2 多模态分子探针的应用
多模态分子影像的研究进展
