分子影像學與介入放射學

分子影像學與介入放射學第一頁，共八十頁，2022年，8月28日第二頁，共八十頁，2022年，8月28日前言概念分子影像學與介入治療展望第三頁，共八十頁，2022年，8月28日前言第四頁，共八十頁，2022年，8月28日前言

醫(yī)學基礎研究方面的發(fā)展，和醫(yī)學影像設備探測能力的提高，影像學突破了原來的框架，與分子生物學、分子病理學等基礎學科結(jié)合形成了一個新的邊緣學科—分子影像學(molecularimaging)。傳統(tǒng)的影像診斷顯示的是一些分子改變的終效應，而分子影像學則可探查某些疾病分子異常演變過程。第五頁，共八十頁，2022年，8月28日前言

分子影像學涉及到一些致病分子的成像，涉及到疾病病理生理過程分子的成像，涉及到細胞與系統(tǒng)間的相互作用。分子影像不僅可以提高臨床診治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平發(fā)現(xiàn)疾病的內(nèi)因，真正地達到早期診斷和解決根本致病因素。第六頁，共八十頁，2022年，8月28日前言

分子影像學的巨大潛力和不斷發(fā)展將對現(xiàn)代和未來醫(yī)學模式產(chǎn)生革命性的影響，影像醫(yī)學的發(fā)展將從解剖學或病理學的影像時代，逐步走向分子影像時期。Weisseleder預期分子影像學將在5~15年間進入大發(fā)展時期。第七頁，共八十頁，2022年，8月28日前言1999年，第一屆分子影像學專題會議在美國召開。2002年8月，在Boston會議上成立了分子影像學學會（SocietyofMolecularImaging,SMI），并舉行了第一次年會。同年初，SMI的學會期刊《MolecularImaging》在美國創(chuàng)刊。

國內(nèi)對分子影像學的發(fā)展也十分重視。2002年10月在杭州，國家科技部在第194次例會上召開了以“分子影像學”為題的香山會議，這是國家探討前沿科學的高峰會議。第八頁，共八十頁，2022年，8月28日概念第九頁，共八十頁，2022年，8月28日一、何謂分子影像學

二、分子影像學有幾個特點三、分子影像學的主要研究領域概念概念第十頁，共八十頁，2022年，8月28日概念一、何謂分子影像學

Weissleder于1999年提出了分子影像學的概念：活體狀態(tài)下在細胞和分子水平應用影像學對生物過程進行定性和定量研究。它具有無創(chuàng)、實時、活體、特異、精細顯像（分子水平）的特點。第十一頁，共八十頁，2022年，8月28日概念

對一些重要分子的成像，對疾病病理生理的分子生物學過程的成像，灌注成像等均屬于分子影像學的內(nèi)容。廣義理解，任何能夠?qū)⒎肿俞t(yī)學實踐與成像聯(lián)系起來的事物都應該納入分子影像學的范疇。第十二頁，共八十頁，2022年，8月28日漢字處理相關大腦皮層區(qū)的fMRI概念第十三頁，共八十頁，2022年，8月28日

聾人與正常人枕葉視皮層對亮度敏感性的fMRI概念第十四頁，共八十頁，2022年，8月28日針刺鎮(zhèn)痛的fMRI右側(cè)合谷穴針刺后引起的平均信號升高區(qū)的fMRI概念第十五頁，共八十頁，2022年，8月28日針刺鎮(zhèn)痛的fMRI右側(cè)合谷穴針刺后引起的平均信號降低區(qū)的fMRI概念第十六頁，共八十頁，2022年，8月28日人腦對針刺與對指反映的實時fMRI1、右手對指運動2、3、針刺右側(cè)足三里和陽陵泉4、5、6、同一例針刺右側(cè)足三里和陽陵泉概念第十七頁，共八十頁，2022年，8月28日視覺和聽覺的記憶的fMRI視覺記憶聽覺記憶概念第十八頁，共八十頁，2022年，8月28日概念二、分子影像學有幾個特點

①分子影像學不同于傳統(tǒng)的影像學，其成像基礎或成像參數(shù)一定是某種或某類分子，稱分子探針。

②分子影像學研究的是臨床可視影像，而不是單個分子或細胞構(gòu)成的分子譜或細胞圖。

③分子影像學觀察的成像對象仍然是物體，是病灶，不是單個分子，強調(diào)分子影像學的空間分辨率要達到分子水平是一種誤解，既不現(xiàn)實，也無意義。第十九頁，共八十頁，2022年，8月28日概念（1）發(fā)展和快速篩選有生物協(xié)同作用的高親和力配體；

（2）改進對分子靶的傳輸并克服傳輸障礙；（3）設計新的信號放大方式；

（4）開發(fā)新成像和檢測設備。分子影像學的主要研究領域第二十頁，共八十頁，2022年，8月28日

概念

分子影像學常用的技術(shù)方法有成像技術(shù)和分子顯像探針技術(shù)，常用的成像技術(shù)有核醫(yī)學、MRI和光學成像技術(shù)。第二十一頁，共八十頁，2022年，8月28日PET/CT概念第二十二頁，共八十頁，2022年，8月28日PET/CT概念第二十三頁，共八十頁，2022年，8月28日PET/CT概念第二十四頁，共八十頁，2022年，8月28日超急性腦梗死1~5超急性腦梗死發(fā)病后3h

圖1、為PDWI為陰性、圖2、T2WI陰性，圖3、為DWI病灶顯示多信號，圖4、ADC病灶顯示低信號，圖5、三天后CT顯示腦梗死，概念第二十五頁，共八十頁，2022年，8月28日超急性腦梗死發(fā)病5小時后圖6、T2WI右額頂輕微高信號圖7、DWI右額頂大片高信號圖8、ADC右額頂大片低信號概念第二十六頁，共八十頁，2022年，8月28日超急性腦梗死發(fā)病4h圖1、T2WI、圖2、FLAIR皆未見異常圖3、DWI左基底節(jié)稍高信號圖4、DWI信號明顯增高圖5、ADC病灶呈低信號圖6、MRA左側(cè)大腦中動脈梗塞概念第二十七頁，共八十頁，2022年，8月28日小鼠Lewis肺癌移植瘤模型活體分子成像圖1、Lewis肺癌細胞顯示黃綠色熒光，表示基因有表達。圖2、48h后熒光細胞減少，亮度減弱圖3、14天后，光學活體成像見小鼠雙側(cè)腹股溝，見綠色熒光團塊。圖4、21天后，綠色熒光團塊更明顯圖5、28天后，活體成像圖6、組織片中仍可見微弱熒光概念第二十八頁，共八十頁，2022年，8月28日內(nèi)皮抑瘤素對小鼠Lewis肺癌移植瘤抑瘤作用的分子成像圖1、腫瘤成像圖2、靜脈注射腫瘤成像圖3、局部注射腫瘤成像圖4、藥物注射部位出現(xiàn)腫瘤萎縮液化壞死概念第二十九頁，共八十頁，2022年，8月28日分子水平放射學的介入研究第三十頁，共八十頁，2022年，8月28日

由于介入放射學已深入到分子生物學的層面，而介入放射學仍為醫(yī)學影像學的重要組成部分，因此，分子影像學也應包括分子水平的介入放射學研究。第三十一頁，共八十頁，2022年，8月28日分子水平的介入治療研究一、基因治療二、細胞移植三、介入活檢與分子探針特點第三十二頁，共八十頁，2022年，8月28日一、基因治療（一）基因治療（二）基因治療分類（三）治療基因轉(zhuǎn)染方式（四）介入基因治療的應用（五）基因治療尚待解決的問題基因治療第三十三頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療（一）基因治療是指向靶細胞引入外源基因，以糾正或補償其基因缺陷，從而達到治療的目的。目的基因?qū)氚屑毎笈c宿主內(nèi)的基因發(fā)生整合，成為宿主遺傳物質(zhì)的一部分，目的基因的表達產(chǎn)物對疾病起到治療作用。目的基因?qū)氚屑毎麅?nèi)，代替缺陷基因而發(fā)揮功能，并不除去病變器官。第三十四頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療（二）基因治療分類

按治療對象不同可分為三類

①體細胞基因治療

②生殖細胞基因治療

③對外來侵入病原基因組進行治療第三十五頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療①體細胞基因治療將正?；?qū)牖蛉毕莼颊咛囟ńM織細胞中，以糾正這一細胞的遺傳缺陷，達到治療目的。體細胞基因治療不影響后代，是我們研究的主要類型。第三十六頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療

體細胞基因治療根據(jù)目的基因在靶細胞中整合的方式又分為兩種：其一是定位導入，將目的基因定位導入靶細胞的基因缺陷部位；其二是隨機導入，將正?；蚝椭委熁?qū)氚屑毎蕴娲δ苋毕莸漠惓；?，導入基因在靶細胞的染色體基因組上隨機整合。第三十七頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療②生殖細胞基因治療針對發(fā)生基因突變的生殖細胞基因組進行改造。此技術(shù)已用于兔、羊、豬等動物品種的改良。但是，目前治療基因的導入只能隨機組合，不能避免引起插入突變引起新的基因缺陷。此技術(shù)尚不能用于人類。第三十八頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療③對外來侵入病原基因組進行治療，主要指傳染病病原體的基因治療。第三十九頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療（三）治療基因轉(zhuǎn)染方式

要想使治療基因整合到靶細胞的基因組實現(xiàn)基因治療的目的，首先要使基因載體能夠成功轉(zhuǎn)染靶細胞。轉(zhuǎn)染是指靶細胞主動攝取或被動導入外源性DNA片段而獲得新表型的過程。第四十頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療

在體細胞基因治療中，治療基因轉(zhuǎn)染方式主要有三種

1、非病毒載體法（物理化學法）

2、病毒載體法

3、基因打靶技術(shù)第四十一頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療1、非病毒載體法（物理化學法）

包括DNA與磷酸鈣共沉淀，顯微注射、電穿孔、脂質(zhì)體包埋和染色體介導微細胞融合等。該法簡單易行，但是轉(zhuǎn)染率和整合率低，有可能產(chǎn)生一個細胞多拷貝的現(xiàn)象。此法轉(zhuǎn)染率約為1％，最近的研究發(fā)現(xiàn)納米材料載體攜帶治療基因的能力和轉(zhuǎn)染效率均高于其他非病毒載體。第四十二頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療2、病毒載體法用重組病毒作為載體，先構(gòu)建攜帶治療基因的重組病毒，再去轉(zhuǎn)染細胞。本法轉(zhuǎn)染率和整合率高，宿主細胞廣泛，是目前基因治療中主要的基因轉(zhuǎn)染方法。第四十三頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療3、基因打靶技術(shù)先設計與疾病基因有同源序列的打靶載體，利用同源序列重組原理，把治療基因定點整合到突變位置上。此法優(yōu)點在于能原位修復，而且其基因表達受到正常調(diào)控，缺點是整合效率低。第四十四頁，共八十頁，2022年，8月28日介入治療中常用的病毒載體主要有以下幾種1、缺陷型逆轉(zhuǎn)錄病毒載體2、腺病毒載體3、腺相關病毒載體4、單純皰疹病毒載體5、慢病毒載體系統(tǒng)基因治療第四十五頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療介入治療中常用的病毒載體主要有以下幾種

1、缺陷型逆轉(zhuǎn)錄病毒載體（retroviralvector,RV）轉(zhuǎn)染率高，基因表達時間較長。但是，RV的治療基因是隨機導入，而非定位導入，所以有可能引起原癌基因激活及抑癌基因滅活，導致引發(fā)腫瘤。RV只能感染分裂期細胞。

2、腺病毒載體（adenoviralvector,AV）轉(zhuǎn)染率高，但是其高水平基因表達持續(xù)時間相對較短，有野生型病毒生成及引起靶細胞免疫反應的不足。第四十六頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療3、腺相關病毒載體（adenoassociatedviralvector,AAV）能夠定位整合到靶細胞染色體的某些位點上，避免在基因治療中激活原癌基因或滅活抑癌基因，對靶細胞沒有免疫反應和致瘤作用。AAV能夠感染分裂期及靜止細胞，轉(zhuǎn)染范圍廣，轉(zhuǎn)染率高。

4、單純皰疹病毒載體（herpessimplexvirusvector,HSV）可感染分裂期和靜止期的細胞，特別易感染神經(jīng)系統(tǒng)細胞，而且載體容量大，可攜帶大約30kb的治療基因。但其治療基因不能整合到靶細胞的基因組中，影響治療基因的穩(wěn)定表達，同時HSV能引起一定的宿主細胞毒性反應及有野生型HSV生成的危險。第四十七頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療5、慢病毒載體系統(tǒng)（lentiviralvector,LV）沒有復制能力的缺陷型HIV能轉(zhuǎn)染分裂期和靜止期細胞，轉(zhuǎn)染率高，可攜帶至少9kb的基因片段，沒有免疫反應。第四十八頁，共八十頁，2022年，8月28日（四）介入基因治療的應用1、腫瘤細胞因子基因治療2、腫瘤的抑癌基因治療3、腫瘤的反義基因治療4、淋巴細胞協(xié)同刺激因子激活基因治療5、腫瘤的自殺基因治療6、目的基因局部治療基因治療第四十九頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療（四）介入基因治療的應用

1、腫瘤細胞因子基因治療通過導入相關的目的基因，增強免疫細胞的免疫活性，或腫瘤細胞的免疫原性，或增強細胞因子的表達強度，達到殺滅腫瘤細胞的目的。第五十頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療2、腫瘤的抑癌基因治療

將抑癌基因（如RB基因、P53基因、MTS基因、nm23基因等）導入腫瘤細胞抑制腫瘤細胞的增殖，達到治療目的。目前存在抑癌基因轉(zhuǎn)染效率低的問題，體內(nèi)研究不如體外研究。第五十一頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療3、腫瘤的反義基因治療利用反義基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平阻斷異?；虻谋磉_，使腫瘤細胞進入正常分化軌道或進入細胞凋亡程序。第五十二頁，共八十頁，2022年，8月28日4、淋巴細胞協(xié)同刺激因子激活基因治療多種腫瘤缺乏B7分子，使T淋巴細胞激活的協(xié)同刺激通路阻斷，T淋巴細胞的免疫監(jiān)視功能不能正常發(fā)揮，腫瘤細胞呈現(xiàn)免疫逃逸的特點。通過基因治療將B7分子導入腫瘤細胞，制止腫瘤細胞的免疫逃逸現(xiàn)象?；蛑委煹谖迨?，共八十頁，2022年，8月28日基因治療5、腫瘤的自殺基因治療

自殺基因治療又稱藥物敏感基因療法、分子化療或病毒介導的酶解前藥物療法（VDEPT）。其原理是將一些病毒或細菌基因組中藥物前體轉(zhuǎn)換酶基因（也稱自殺基因）導入腫瘤細胞，該基因編碼特殊的酶，可將原先對哺乳動物細胞無毒性的藥物前體（前藥）在腫瘤細胞中代謝為毒性產(chǎn)物，殺滅腫瘤細胞。第五十四頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療

自殺基因治療腦惡性膠質(zhì)瘤最早進入臨床試驗，取得了較好療效，目前已進入臨床Ⅱ期試驗。在其他多種腫瘤，如肝癌、黑色素瘤、前列腺癌和卵巢癌中自殺基因的臨床應用療效比較肯定，目前主要進行臨床Ⅰ、Ⅱ期試驗。第五十五頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療6、目的基因局部治療如帕金森病的酪氨酸羥化酶（TH）基因治療，TH是多巴胺合成的關鍵酶，將TH基因?qū)爰y狀體內(nèi)，使局部多巴胺表達增強，達到治療的目的。第五十六頁，共八十頁，2022年，8月28日(五)基因治療尚待解決的問題1、基因治療轉(zhuǎn)染效率的問題2、靶點整合的問題3、基因治療的安全性基因治療第五十七頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療(五)基因治療尚待解決的問題

1、基因治療轉(zhuǎn)染效率的問題介入治療可以在CT、超聲、DSA等設備引導下將基因載體注入靶器官，使載體病毒能夠成功轉(zhuǎn)染靶細胞。第五十八頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療為提高轉(zhuǎn)染效率，需要注意兩方面問題

①基因載體引入靶器官的方式

如經(jīng)頸動脈注入，每克腦組織內(nèi)蓄積的病毒載體量僅占注射量的（0.1±0.07）％，而非靶器官含量卻甚高，如肝為（27±2.9）％、肺臟為（2.1±0.7）%；而將病毒載體直接注入腦內(nèi)時，24小時后，腦內(nèi)病毒載體仍有71％，只有部分病毒載體分布到其他部位，并且靶區(qū)域的濃度高于鄰近區(qū)域，而鄰近區(qū)域高于非靶部位。

②基因載體的選擇

對非分裂期細胞最好使用AAV載體，對神經(jīng)組織可使用HSV載體。

第五十九頁，共八十頁，2022年，8月28日基因治療2、靶點整合的問題

解決了轉(zhuǎn)染效率問題，基因載體能夠有效的進入靶細胞內(nèi)后，下一個問題是如何使治療基因特異的整合到靶點位置，使其最大限度的發(fā)揮生理效能。

3、基因治療的安全性

研究基因治療的對象可以是患病的病人，通過改變病人的基因結(jié)構(gòu)和遺傳特征達到治療目的。但是將這種基因改變引入正常人群是十分危險的，應該禁止。第六十頁，共八十頁，2022年，8月28日二、細胞移植（一）胰島細胞移植（二）多巴胺能神經(jīng)細胞移植（三）肝細胞移植（四）胚胎干細胞移植（五）轉(zhuǎn)基因細胞移植第六十一頁，共八十頁，2022年，8月28日二、細胞移植第六十二頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植細胞移植分①同種細胞移植和異種細胞移植，同種細胞移植的供體多來源于腦死亡病人。同種移植受到供體來源不足限制。

②異種細胞移植可解決供體短缺的問題，細胞來源主要為豬。細胞移植分同種細胞移植和異種細胞移植第六十三頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植以豬為器官供體來源的優(yōu)點為

豬已經(jīng)與人類共同生活了數(shù)千年，沒有嚴重的不可避免的共患疾?。回i的性成熟期短，繁殖快；有相當多的組織細胞與人類接近；此外，豬作為細胞供體來源，不存在倫理問題。第六十四頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植

異種移植的免疫排斥反應以T淋巴細胞介導的細胞免疫為主，CD4＋淋巴細胞是主要的效應細胞；免疫排斥B淋巴細胞、巨噬細胞和補體激活系統(tǒng)參與其中。目前可使用免疫抑制藥物、生物半透膜、基因工程等方法抑制排斥反應。第六十五頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植（一）胰島細胞移植

目前，我國在異種胰島細胞（豬）經(jīng)肝動脈或門靜脈肝內(nèi)移植治療糖尿病方面，已經(jīng)完成了動物實驗研究，并已初步用于臨床（此課題為國家自然科學基金，衛(wèi)生部重點科研基金項目）。第六十六頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植

胰島細胞移植用于治療Ⅰ型糖尿病病人、Ⅱ型糖尿病病人晚期、糖尿病腎病晚期。由于需要抗排斥反應治療，合并惡性腫瘤和嚴重感染的糖尿病患者不能采用此治療。

胰島細胞抗原性弱，排斥反應以細胞免疫為主，但胰島細胞脆弱易受損傷，發(fā)生排斥反應后往往形成不可逆的損傷。第六十七頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植

國內(nèi)等研究經(jīng)肝動脈移植豬胰島細胞肝內(nèi)種植治療Ⅰ型糖尿病安全、有效。移植后隨著甲基強的松龍的逐漸減量和停用，病人胰島素用量明顯減少，對移植后病人隨訪發(fā)現(xiàn)2年療效仍然存在，糖化血紅蛋白水平正常。第六十八頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植（二）多巴胺能神經(jīng)細胞移植

用于治療帕金森病，在CT等影像設備的導引下將黑質(zhì)細胞植入帕金森病病人紋狀體區(qū)，提高已降低的多巴胺能神經(jīng)遞質(zhì)，對帕金森病進行治療。第六十九頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植（三）肝細胞移植

將分離、純化后的同種或異種肝細胞移植到病人肝內(nèi)、脾內(nèi)或腹膜腔內(nèi)，用于治療肝功能衰竭，治療由于肝細胞異常導致的代謝性疾病，改善終末期肝病病人的情況，為肝移植創(chuàng)造條件。第七十頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植①胚胎干細胞

也稱為全能干細胞，可分化和復制成各系統(tǒng)細胞，如胰島細胞。

②體細胞干細胞

來源于血細胞干細胞、神經(jīng)干細胞、間充質(zhì)干細胞等。也稱為多能干細胞，可分化為各種組織細胞。

③單種組織干細胞

如胰島組織干細胞，也稱單能干細胞，具有增殖和分化能力，可分化為一定組織的的細胞。（四）胚胎干細胞移植干細胞分三類第七十一頁，共八十頁，2022年，8月28日細胞移植

干細胞具有正常核型，具有高的端粒酶活性和高的復制性，具有原始胚胎干細胞的表面標記，在體外可以不分化的增殖，種植于體內(nèi)可以在局部微環(huán)境的誘導下分化為相應的組織。第七十二頁，共八十頁，2022年，8月28日肝干細胞分化成熟過程圖3、肝細胞分離技術(shù)，混有雜質(zhì)圖4、胎肝細胞去除雜質(zhì)圖5、胎肝細胞開始貼壁圖6、胎肝細胞充分貼壁伸展大量增殖細胞移植第七十三頁，共八十頁，2022年，8月28日大鼠骨髓基質(zhì)細胞（marrowstromalcell,MSC）分離培養(yǎng)和經(jīng)門靜脈途徑移植圖1、貼壁