发展中的肿瘤生物标志物无创成像新技术

临床前成像对了解人体处于健康与疾病等不同状态下运行的方式以及描述人体对生理或环境变化起着至关重要的作用。它能在器官、组织、细胞和分子水平上提供对疾病过程的重要见解。这些知识有助于开发新的治疗策略，进而改善患者的治疗结果并挽救生命。而对于评估新疗法的有效性和安全性以及在临床使用前描述药物分布模式，临床前成像同样十分重要。 利用解剖学评估技术，如磁共振

临床前成像对了解人体处于健康与疾病等不同状态下运行的方式以及描述人体对生理或环境变化起着至关重要的作用。它能在器官、组织、细胞和分子水平上提供对疾病过程的重要见解。这些知识有助于开发新的治疗策略，进而改善患者的治疗结果并挽救生命。而对于评估新疗法的有效性和安全性以及在临床使用前描述药物分布模式，临床前成像同样十分重要。
 
利用解剖学评估技术，如磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）以及用于分子可视化的正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT），可以实现对动物模型的经济高效的高通量纵向研究。在开始临床试验之前，小动物研究对于探索和验证临床前阶段的显像剂十分必要。根据PET成像所提供的数据，可以从动物研究推及人类研究，在这种情况下，研究人员越来越多地将其运用于药物转化开发阶段。
 
临床前PET肿瘤研究
为患者提供更个性化癌症治疗的需求，推动了临床前PET肿瘤研究的进展。大量不同类型的肿瘤（包括那些尚未得到很好表征的肿瘤）及其对治疗的不同反应，使得寻找有效的新癌症疗法变得非常具有挑战性。PET等非侵入性活体成像技术通过对肿瘤相关过程的实时可视化，使研究人员能够更好地了解肿瘤演变的过程。
这些方法有助于提高对肿瘤形态、演变和生物标志物表达的认识。通过静脉注射放射性示踪剂成像，PET能够提供有关肿瘤受体表达、能量代谢和其它生物标志物的信息。这种放射性示踪剂包括一种放射性同位素，最常见的是氟-18（18F），它附着于一个靶向某个特定受体代谢途径的分子，肿瘤细胞对它的摄取受到监测。
“常规”PET示踪剂，如18F-FDG或18F-氟胸腺嘧啶（FLT），被视为肿瘤生理学的黄金标准及监测通用标志物，包括代谢改变和缺氧、增殖和转移。研究人员目前正在开发更为特异的PET药物，能够靶向某种分子或基因产物的表达，并有可能帮助研究人员更好地理解与评估肿瘤生物学和治疗反应。
 
多模式技术
新型PET示踪剂的发展，结合CT及MRI等其它成像方式，可以应用于肿瘤演变的研究和生物学特性的表征。自20世纪90年代中期以来，PET/CT中的CT部分为功能性PET成像提供了解剖学参考和衰减图，并因其高通量、易用性以及在骨、肺应用中的高分辨率而成为实现一系列功能的有用工具。然而，PET/CT成像仍然使用电离辐射，而PET/MR技术可以减少这一局限。PET/MR在多参数成像和优越的解剖软组织对比度方面的潜力，使其成为临床前肿瘤学研究中日益流行的方法。它能提供一些独特的能力，包括检测肿瘤边缘、评估单个肿瘤内示踪剂分布以生成感兴趣区域、在一系列临床前模型中计算标准化摄取值（SUV），从而改进互补PET数据的功能分析。虽然PET和CT数据是连续采集的，但是一些PET/MR系统可以同时采集数据，从而能实现复杂的成像工作流程。
在临床前肿瘤学中，PET/MR出色的解剖软组织对比度提供了在广泛的模型中检测肿瘤边缘/体积的独特能力，这可以提高互补PET数据的功能性分析。MR已经被证明可以检测早期的异种移植瘤，以及大多数器官中的早期原位和自发性肿瘤（图1A）。由于能实现肿瘤环境的解剖学分辨率（图1B），并通过多种因素（灌注/扩散、蛋白酶活性、缺氧、代谢物和代谢）联合检测对其进行进一步增强（图1C），因而PET/MR提供了一种可用于探究肿瘤微环境复杂性的独特工具。同时，甚至还可以利用多重功能以更高的精度对单个变量（例如新陈代谢）进行研究。

 
图1：PET/MR在临床前肿瘤研究中的独特能力。（A）早期原位CT-2A胶质瘤小鼠的 8天18F-FDG/PETMR成像。PET/MR可以在更广泛的异种移植、原位和自发性肿瘤模型中以及肿瘤演变的早期阶段提供肿瘤边缘检测。（B）异种移植SKOV3肿瘤小鼠的18F-FDG/PET-MR成像。PET/MR可以提供精细的软组织细节，特别是与肿瘤生物学研究相关的细节。（C）晚期小鼠CT-2A胶质瘤的18F-FDG/PET和DWI-MR成像。功能性PET和功能性MR的交叉多重、多参数检测，可以揭示单一功能性MR或单一PET无法确定的生物过程。使用Bruker BioSpec 70/20带PET插件获得的图像。
图片供稿：Uwe Himmelreich博士、Willy Gsell博士、Cindy Casteels博士和Matteo Riva博士，比利时鲁汶大学医院分子小动物成像中心（MoSAIC）。
 
开发未来的癌症疗法
多模式PET技术的不断发展将继续推动临床前肿瘤学研究。PET、PET/MR和PET/CT在示踪剂开发、治疗监测和肿瘤生物学研究方面的成效正在改变癌症的治疗方式，使之朝着更个性化治疗的方向发展。使用先进成像仪器进行的前沿研究，正使该领域向个性化治疗、优化癌症治疗与患者护理的方向更进一步。