腫瘤生物標(biāo)志物無創(chuàng)成像新技術(shù)的發(fā)展

作者：Todd Sasser，美洲應(yīng)用主管及高級NMI應(yīng)用專家
 
臨床前成像對了解人體處于健康與疾病等不同狀態(tài)下運行的方式以及描述人體對生理或環(huán)境變化起著至關(guān)重要的作用。它能在器官、組織、細(xì)胞和分子水平上提供對疾病過程的重要見解。這些知識有助于開發(fā)新的治療策略，進而改善患者的治療結(jié)果并挽救生命。而對于評估新療法的有效性和安全性以及在臨床使用前描述藥物分布模式，臨床前成像同樣十分重要。
 
利用解剖學(xué)評估技術(shù)，如磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）以及用于分子可視化的正電子發(fā)射斷層掃描（PET）和單光子發(fā)射計算機斷層掃描（SPECT），可以實現(xiàn)對動物模型的經(jīng)濟高效的高通量縱向研究。在開始臨床試驗之前，小動物研究對于探索和驗證臨床前階段的顯像劑十分必要。根據(jù)PET成像所提供的數(shù)據(jù)，可以從動物研究推及人類研究，在這種情況下，研究人員越來越多地將其運用于藥物轉(zhuǎn)化開發(fā)階段。
 
臨床前PET腫瘤研究
 
為患者提供更個性化癌癥治療的需求，推動了臨床前PET腫瘤研究的進展。大量不同類型的腫瘤（包括那些尚未得到很好表征的腫瘤）及其對治療的不同反應(yīng)，使得尋找有效的新癌癥療法變得非常具有挑戰(zhàn)性。PET等非侵入性活體成像技術(shù)通過對腫瘤相關(guān)過程的實時可視化，使研究人員能夠更好地了解腫瘤演變的過程。
 
這些方法有助于提高對腫瘤形態(tài)、演變和生物標(biāo)志物表達(dá)的認(rèn)識。通過靜脈注射放射性示蹤劑成像，PET能夠提供有關(guān)腫瘤受體表達(dá)、能量代謝和其它生物標(biāo)志物的信息。這種放射性示蹤劑包括一種放射性同位素，最常見的是氟-18（¹⁸F），它附著于一個靶向某個特定受體代謝途徑的分子，腫瘤細(xì)胞對它的攝取受到監(jiān)測。
 
“常規(guī)”PET示蹤劑，如¹⁸F-FDG或¹⁸F-氟胸腺嘧啶（FLT），被視為腫瘤生理學(xué)的黃金標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測通用標(biāo)志物，包括代謝改變和缺氧、增殖和轉(zhuǎn)移。研究人員目前正在開發(fā)更為特異的PET藥物，能夠靶向某種分子或基因產(chǎn)物的表達(dá)，并有可能幫助研究人員更好地理解與評估腫瘤生物學(xué)和治療反應(yīng)。
 
多模式技術(shù)
 
新型PET示蹤劑的發(fā)展，結(jié)合CT及MRI等其它成像方式，可以應(yīng)用于腫瘤演變的研究和生物學(xué)特性的表征。自20世紀(jì)90年代中期以來，PET/CT中的CT部分為功能性PET成像提供了解剖學(xué)參考和衰減圖，并因其高通量、易用性以及在骨、肺應(yīng)用中的高分辨率而成為實現(xiàn)一系列功能的有用工具。然而，PET/CT成像仍然使用電離輻射，而PET/MR技術(shù)可以減少這一局限。PET/MR在多參數(shù)成像和優(yōu)越的解剖軟組織對比度方面的潛力，使其成為臨床前腫瘤學(xué)研究中日益流行的方法。它能提供一些獨特的能力，包括檢測腫瘤邊緣、評估單個腫瘤內(nèi)示蹤劑分布以生成感興趣區(qū)域、在一系列臨床前模型中計算標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（SUV），從而改進互補PET數(shù)據(jù)的功能分析。雖然PET和CT數(shù)據(jù)是連續(xù)采集的，但是一些PET/MR系統(tǒng)可以同時采集數(shù)據(jù)，從而能實現(xiàn)復(fù)雜的成像工作流程。
 
在臨床前腫瘤學(xué)中，PET/MR出色的解剖軟組織對比度提供了在廣泛的模型中檢測腫瘤邊緣/體積的獨特能力，這可以提高互補PET數(shù)據(jù)的功能性分析。MR已經(jīng)被證明可以檢測早期的異種移植瘤，以及大多數(shù)器官中的早期原位和自發(fā)性腫瘤（圖1A）。由于能實現(xiàn)腫瘤環(huán)境的解剖學(xué)分辨率（圖1B），并通過多種因素（灌注/擴散、蛋白酶活性、缺氧、代謝物和代謝）聯(lián)合檢測對其進行進一步增強（圖1C），因而PET/MR提供了一種可用于探究腫瘤微環(huán)境復(fù)雜性的獨特工具。同時，甚至還可以利用多重功能以更高的精度對單個變量（例如新陳代謝）進行研究。
  圖1：PET/MR在臨床前腫瘤研究中的獨特能力。（A）早期原位CT-2A膠質(zhì)瘤小鼠的 8天¹⁸F-FDG/PETMR成像。PET/MR可以在更廣泛的異種移植、原位和自發(fā)性腫瘤模型中以及腫瘤演變的早期階段提供腫瘤邊緣檢測。（B）異種移植SKOV3腫瘤小鼠的18F-FDG/PET-MR成像。PET/MR可以提供精細(xì)的軟組織細(xì)節(jié)，特別是與腫瘤生物學(xué)研究相關(guān)的細(xì)節(jié)。（C）晚期小鼠CT-2A膠質(zhì)瘤的18F-FDG/PET和DWI-MR成像。功能性PET和功能性MR的交叉多重、多參數(shù)檢測，可以揭示單一功能性MR或單一PET無法確定的生物過程。使用Bruker BioSpec 70/20帶PET插件獲得的圖像。
圖片供稿：Uwe Himmelreich博士、Willy Gsell博士、Cindy Casteels博士和Matteo Riva博士，比利時魯汶大學(xué)醫(yī)院分子小動物成像中心（MoSAIC）。
 
開發(fā)未來的癌癥療法
 
多模式PET技術(shù)的不斷發(fā)展將繼續(xù)推動臨床前腫瘤學(xué)研究。PET、PET/MR和PET/CT在示蹤劑開發(fā)、治療監(jiān)測和腫瘤生物學(xué)研究方面的成效正在改變癌癥的治療方式，使之朝著更個性化治療的方向發(fā)展。使用先進成像儀器進行的前沿研究，正使該領(lǐng)域向個性化治療、優(yōu)化癌癥治療與患者護理的方向更進一步。
 
有關(guān)多模式PET臨床前成像的更多信息，請訪問https://www.bruker.com/products/preclinical-imaging.html。
 
 
作者簡介

Todd Sasser博士是布魯克臨床前成像應(yīng)用負(fù)責(zé)人。他直接與各研究點合作，涉及感染成像、癌癥生物學(xué)和探針開發(fā)等多個學(xué)科領(lǐng)域的PET應(yīng)用。Sasser博士曾就讀于英國利物浦大學(xué)和美國夏威夷大學(xué)，還是法國圣母大學(xué)的訪問學(xué)者。