超声分子成像的机制及研究现状
综述
Mechanism and rearch status of ultrasound molecular im aging
YU J i n 2hong ,W A N G Zhi 2gang
3
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(I nstitute of Ult rasound I maging ,Chongqi ng Medical Universit y ,Chongqing 400010,China )
[Abstract] Recently ,the medical imaging has developed into the cell level ,even the molecular level with the development of molecular biology and molecular mechanism of the dia.Ultrasound imaging technology is an important part of molecu 2lar imaging.Ultrasound molecular technology is a new interdiscipline derived f rom ultrasonic imaging technology and modern molecular biology and plays an important part in today ’s rvice unavailable什么意思
molecular imaging.The mechanism and rearch of ultrasound mo 2lecular imaging were reviewed in this article.
[K ey w ords] Contrast media ;Ultrasound molecular imaging ;Molecular imaging
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超声分子成像的机制及研究现状圣诞节舞蹈
余进洪综述,王志刚3审校
(重庆医科大学超声影像学研究所,重庆 400010)
[摘 要] 随着分子生物学的迅速发展以及疾病分子机制的逐步阐明,医学影像学已深入到细胞及分子水平。超声分子
成像技术是医学分子影像学领域中重要组成部分,在当今分子影像学中占据重要地位。本文对其成像机制及研究现状进行综述。
[关键词] 造影剂;超声分子成像;分子影像学
[中图分类号] R445.1 [文献标识码] A [文章编号] 100323289(2009)0420709203
[基金项目]国家863科技攻关项目(2006,AA02Z4F0),国家自然科学
基金重点项目(30770566)。
[作者简介]余进洪(1981-),女,重庆人,在读博士。研究方向:超声分
子成像。E 2mail :yujinhongrainbow @/doc/1114554746.html,
[通讯作者]王志刚,重庆医科大学超声影像学研究所,400010。E 2mail :wzg62942443@/doc/1114554746.html,
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[收稿日期]2008210229 [修回日期]2009201206
随着分子生物学的迅速发展以及疾病分子机制的逐步阐明,医学影像学已深入到细胞甚至分子水平,并出现了“分子影像学”。“分子影像学”是指活体状态下在细胞和分子水平应用影像学方法对生物过程进行定性和定量研究的新兴学科。与传统影像学不同,分子影像学探查的是疾病过程中的分子异常改变,而非分子改变的终末效应,更具特异性、准确性和权威性,更适用于肿瘤的早期定性、定位诊断。超声分子成像技术是医学分子影像学领域中重要组成
部分,是超声影像技术与现代分子生物学相互交叉、相互渗透而产生的一门新兴学科,本文对其成像机制及研究现状进行综述。1 超声分子成像机制 超声分子成像是通过将目的分子特异性抗体或配体连接到声学造影剂表面构筑靶向声学造影剂,使声学造影剂主动结合到靶区,进行特异性的超声分子成像[122],标志着超声影像学从非特异性物理显像向特异性靶分子成像的转变,体现
出从大体形态学向微观形态学、生物代谢、基因成像等方面发展的重要动向,代表了超声影像技术的发展方向。 超声造影剂是超声分子成像的基础[3],靶向超声造影剂通过特异性作用于病变区域生物分子组成成分来突出显示病变部位,从而提高超声诊断的准确性与敏感性,已成为目前的研究热点[4]。 目前超声分子成像不仅用于疾病的诊断,影像技术的进步已使疾病的诊断及治疗成为一体。因此,国内外学者在造影剂表面或内部载入基因或药物,使超声造影剂成为一种安全、便捷的非病毒载体,靶向释放药物和基因,从而达到治疗疾病的目的。超声微泡造影剂粒径大小与红细胞相当,能随血液循环到达病变区域;其内的气体在超声下呈现强回声,能更清楚地显示病变区;其携带的基因和药物定向释放,在支持实时监控的同时还能显示病变治疗前后的疗效对比情况[5]。靶向造影剂携带基因和药物,可以定向增加病灶区域的药物浓度,使药效得以提高,并能减少药物全身不良反应;在对于新药的临床研究中,能够
验证新型药物的靶标,提高新药质量[6]。微泡造影剂拥有特定的物理特性,如微共振、非线性振荡等,并在超声的触发下破裂释放;其空化效应能使血脑屏障短暂开放,表现出了综合诊断治疗的潜力。微泡的大小将其限定于血管腔内,应用于超声分子影像学中观察炎症、血栓及
血管生成时,可明显增强图像对比度[7]
。2 超声分子成像技术的临床研究现状mcc是什么意思
分子成像的目的在于阐明机体疾病的分子及细胞方面的情况[8]。炎症、血管生成和血栓形成是许多疾病的核心病理过程,引起血管腔内的分子表型发生变化[9]。因此,靶向超声造影将有助于诊断多种疾病,如动脉粥样硬化、移植排斥反应及肿瘤相关的血管生成等。
211炎症 炎症是采用靶向微泡造影剂观察的最佳病变区,因为其发生和发展的病理生理过程都在微循环中进行,而微泡亦存在于微循环内。微泡结合力取决于血管内皮的炎症病变程度及血管功能的异常。Weller等[10]发现随着炎症程度的加重,黏附在病变部位的微泡数量增加,给早期诊断带来一定的难度。因此,将单克隆抗体或其他配体共价结合于微泡表面,通
过识别巨噬细胞表达的特异性抗原,加强对两者黏附力方面的研究,可以提高疾病诊断的准确性和敏感性。
炎症反应有助于组织修复或缺血时血管的重塑,在研究中推测利用无创性分子成像能够评估血管生成和缺血所介导的炎症细胞聚集和血管内皮细胞活化。利用微泡造影剂进行超声灌注成像和分子成像可以靶向锁定具有活性的中性粒细胞或血管细胞黏附分子。在靶向显像中,局部血流的早期异常表现与信号增强同时出现。Behm等[11]的研究表明,即使当局部血流量非常低(<20%),靶向显像也能较早地显示来自中性粒细胞和血管细胞黏附分子的信号。因此,尽管炎症反应有血管重塑和形成等不同形式,利用靶向分子成像均能对其进行独立地评估。
212血栓及动脉粥样硬化斑块 新型的靶向糖蛋白受体Ⅱb、Ⅲa的微泡造影剂已经出现,国外一些学者将氟碳脂质造影剂共价连接靶向配体,建立小鼠提睾肌微循环血栓模型,作用于体外培养皿中的血小板,研究血小板的活性,结果显示靶向微泡在流动相中连接到了血凝块部位.达到靶向造影剂到达血栓部位并使其显影的目的。
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血管内皮功能障碍是动脉粥样硬化疾病早期的重要表现,国外有学者建立动脉粥样硬化的体
外模型和动物模型后,将携带有单克隆抗体细胞黏附分子21(intercellular adhesion molecule21,ICAM21)的微泡造影剂注射到血管中,发现有大量微泡黏附在血管内膜表面,超声检查显示粥样斑块的显影增强。李馨等[12]建立了动脉粥样硬化的兔模型,并随机分为3组,分别使用普通、靶向造影剂行腹主动脉超声造影或同时应用两种造影剂进行造影,以视频密度法评价两种造影剂对动脉内膜、粥样斑块的造影增强效应,并用免疫组化检测白蛋白微泡在靶组织中的分布情况,结果显示携CD54单抗造影剂对粥样硬化动脉内膜及斑块有靶向显影价值,可提高超声诊断的敏感性。
近年的研究已证实,超声造影剂不仅可明显增强治疗性超声对溶栓剂的助溶作用,且在不用溶栓剂、仅与超声联合应用的条件下,也有明显的溶栓效果,而不造成周围组织的损伤。国内学者[13215]的研究也表明,在治疗超声介导下,血栓靶向超声造影剂较非靶向超声造影剂具有更强的助溶效果,其原因同样是造影剂降低了超声的空化阈值。
急性冠状动脉综合征主要是由动脉粥样硬化斑块破裂和血栓形成所引起的。早期动脉粥样硬化的特征是血管内皮细胞表面所表达的白细胞黏附分子的增加[16]。超声分子显示血管炎性应答的能力有助于早期诊断和治疗动脉粥样硬化性疾病。K ornmann等[17]研究了体内
的巨噬细胞充当超声分子成像中靶分子的潜在可能性,使靶向骨髓源性巨噬细胞的氟烷乳剂充当超声造影剂检测动脉粥样硬化成为热点。
213肿瘤 采用普通超声造影剂进行的超声造影可以区别正常组织与病变组织不同的血流灌注,但微泡本身对于病变组织没有亲和力,只能在短暂的动脉相中使靶器官血管显影,在多种情况下仍无法判断病变性质,属非特异性显影[18]。随着造影剂的不断发展,人们开始着眼于研究特异性显影。在肿瘤组织中,有大量的促进供应肿瘤生长的滋养血管生成。由于新生血管内皮细胞高表达,大量血管生长因子受体和黏附分子家族受体成为超声分子显像及治疗肿瘤的靶向作用位点。进入21世纪以来,分子显像成为控制癌症的关键,血管内皮生长因子(vascular endot helial growt h factor,V EGF)、V EGF受体信号转导通路和整合素aVβ3细胞黏附分子在调节肿瘤血管生成及新生血管方面扮演了关键性的角色[19]。
超声造影剂以及相关成像技术的开发使超声在肝肿瘤诊断中的应用取得了很大进步。通过超声造影,不仅使肝内微小病灶的检出率大大提高,并能根据不同肝肿瘤病灶的血供及微循环不同通过观察造影剂在肝内的行踪及其分布情况,对其进行定性诊断。
Willmann等[20]在小鼠体内建立肿瘤血管生成模型,将微泡连接于V EGF受体22及整合蛋白
aVβ3,制成双重靶向超声造影剂用于超声分子显像中,结果表明具有双重靶向性的超声微泡造影剂能使人卵巢癌移植瘤小鼠模型增强显影。
肿瘤血管的生成是恶性肿瘤生长和侵袭的基础。在乳腺疾病的诊断中,超声造影对血液回声的增强,弥补了多普勒对不典型肿瘤及肿瘤中低速低流量血管显示的不足,可充分显示肿瘤新生血管网。研究[21]表明超声造影诊断乳腺可疑病变的敏感性和特异性均明显高于彩色多普勒超声。
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