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分子影像技術升級 抓住體外診斷行業發展新機遇
作者: 發布日期:2019-08-22

        分子影像(Molecular Imaging)又稱為分子成像,是可在活體狀態下,應用醫學影像學方法來實現顯示活體內細胞、分子或者基因水平的生物學、病理學過程,還可以進一步實現疾病早期定量與定性診斷相關研究的前沿學科。
 
         醫學分子影像結合基因檢測或者納米材料的分子探針,采用多模態成像方法,可最終實現對體內特定靶點進行分子水平無創傷成像。它涉及多學科交叉,比如分子生物學、納米材料學、醫學影像學、核醫學、計算機學等,同時涵蓋多種尖端技術,是未來影像醫學和精準醫療的重要分支。
 
        目前,臨床上主要應用的分子影像是正電子發射斷層掃描(PET)或單光子發射計算機斷層掃描(SPECT)技術。研究者正在進行的臨床前研究發現了不同疾病的新分子靶點,并隨著多模態分子成像新技術和儀器的發展,開發了用于成像的復雜、多功能造影劑。
 
        分子影像可以將細胞功能可視化,并且在不干擾生物體代謝功能的情況下持續跟蹤分子傳遞。分子影像技術在醫療領域具有多種潛力,不僅可用于癌癥、神經和心血管等疾病的早期診斷,還可以改善這些疾病的傳統治療方法,開發新型生物標志物。此外,它還可以優化臨床前和臨床試驗的新型藥物,檢測疾病前狀態或在疾病出現典型癥狀之前的分子狀態。近年來,“分子影像”一詞已被應用于多種顯微鏡和納米顯微鏡技術中,包括活細胞顯微鏡、全內反射熒光(TIRF)顯微鏡、受激發射損耗(STED)納米顯微鏡和原子力顯微鏡(AFM)等。
 
        分子成像種類
 
          磁共振成像(MRI) MRI具有空間分辨率高、擅長形態成像和功能成像等優點。但是,MRI也有缺點。首先,MRI的靈敏度與其他類型的成像相比是非常有限的,這個問題的根源在于高能態和低能態原子之間的差別很小。提高磁敏電阻靈敏度的措施包括增加磁場強度,通過光泵浦、動態核極化或副氫誘導極化實現超極化。同時也有多種基于化學交換的信號放大方案可以提高靈敏度。為了利用MRI實現疾病生物標志物的分子成像,需要具有高特異性和高相關性(敏感性)的靶向MRI造影劑。許多研究致力于開發靶向磁共振造影劑,以實現分子成像的磁共振成像。目前,多肽、抗體或小配體、小蛋白域已被用于實現靶向性。為了提高造影劑的敏感性,這些靶向分子通常與高效載荷的MRI造影劑或高相關系數的MRI造影劑有關。最近微米級氧化鐵顆粒(MPIO)的發展使得檢測動脈和靜脈表達的蛋白質的靈敏度達到了前所未有的水平。
 
        光學成像  光學成像的各種方法依賴于熒光、生物發光、吸收或反射率作為對比度的來源。比如熒光分子探針光學成像可以提供實時成像,相對便宜且產生的圖像不涉及暴露在電離輻射下,具有較高的空間分辨率。光學成像最有價值的特性是具有較高的安全性,缺點是缺乏穿透深度,特別是在可見光波段。穿透深度與光的吸收和散射有關,一般來說,光的吸收和散射隨波長的增加而減小。在700nm(例如可見光)以下,這些效應導致淺穿透深度只有幾毫米。因此,在光譜可見區域,只能對組織特征進行表面評估。由于近紅外(NIR)區域(700nm~900nm)組織的吸收系數要低得多,因此近紅外光穿透力可達到幾厘米的深度。
 
         近紅外成像  近紅外熒光探針是近紅外成像的重要工具。一些研究人員使用肽探針結合凋亡和壞死細胞,將近紅外成像技術應用于急性心肌梗死(AMI)大鼠模型中。近紅外熒光團已開始用于體內成像,包括柯達X-SIGHT染料和共軛體、pz247、DyLight750和800熒光體、Alexa熒光體680和750染料等。一些研究已經證明了紅外染料標記探針在光學成像中可用。例如,近紅外熒光團已與表皮生長因子(EGF)結合用于腫瘤進展的成像,并將近紅外熒光團與Cy5.5進行了比較,表明長波染料可以產生更有效的光學成像靶向劑。但是,向任何載體添加近紅外探針都會改變載體的生物相容性和生物分布。
 
        技術發展進程回顧
 
         醫學影像技術的發展大概經歷了三個階段:結構成像、功能成像和分子影像。1951年,Cassen成功研制了第一臺閃爍掃描機,為分子影像診斷設備發展打下了基礎。20世紀60年代,雙探頭單光子發射斷層掃描儀研發成功,開啟了影像診斷的斷層時代,解決了組織重疊而產生的小病灶被遮擋掩蓋問題。從20世紀70年代一直到20世紀末,BSO晶體引領的正電子顯像技術和LSO晶體實現的PET顯像為20世紀分子影像前期平臺搭建畫上了句號。
 
        1999年,美國哈佛大學Weissleder等提出了分子影像學(Molecular Imaging)的概念之后,分子成像真正作為分子生物學和活體成像交叉學科出現了。進入21世紀,西門子公司最先結合PET和CT掃描技術,開啟了多模態影像時代,實現了功能性顯像與形態學顯像優勢的強強組合,使分子影像技術的定性診斷水平達到新高度。2015年,突破小動物顯像技術的PETMR出現了,其融合了功能顯像和解剖顯像,可以準確獲得活體動物的生理學病理學信息,以及藥物在活體動物內的分子靶向分布和作用機制。
 
         我國在分子影像行業的發展主要起始于對國外醫學影像先進技術設備的引進。1983年,我國引進了第一臺SPECT。直到21世紀,許多知名進口廠商及其生產的產品一直活躍在我國分子顯像設備市場上,比如美國GE、德國西門子、法國Sopha,收購重組的荷蘭皇家Philips以及以色列的Eliscent等。到目前為止,GE,Philips和西門子等依然活躍在中國市場上。
 
        本土企業加速突破
 
        作為醫學影像最前沿的技術,分子影像診斷研究已經涉及腫瘤前期診斷、精準藥物開發等領域。作為體外無創的前期診斷技術,分子影像技術在未來整個醫療影像行業中將占據高比例份額。
 
        相較于國外分子影像市場,國內市場仍處于成長期,集中度低,規模不夠大,但是增長和突破速度驚人,分子診斷領域已經以超過25%的增速領跑體外診斷行業。國內分子影像行業發展的主要限制因素是儀器設備研發壁壘高,但仍有很大的發展空間。比如,在我國,以PET/CT為代表的高端醫療影像設備大部分依賴進口,市場主要被Philips、GE、西門子所壟斷。而進口設備價格昂貴,售后維修費用較高,導致臨床費用居高不下,加重患者醫療費用壓力。因此,我國分子影像行業若要實現從“追趕”到“并跑”再到“領跑”的崛起,技術升級是關鍵。本土醫療器械企業只有擁有了自主核心技術,才能在與國外行業龍頭的競爭中脫穎而出,在保證質量的前提下,利用價格優勢快速發展,占領國內外市場。
 
         2016年,明峰醫療系統股份有限公司自主研發的PETCT獲得醫療器械注冊證,打破了國內同類產品以進口為主的現狀,標志著我國大型高端醫療影像設備研制與生產邁向了一個新階段。
 
        2017年,由加利福尼亞戴維斯分校、賓夕法尼亞大學以及勞倫伯克利國家實驗室的頂級分子影像專家們發起的全景掃描PET-CT“探索者”項目,將實時動態全身人體掃描的構想變為現實,被行業稱為遙望人體的“哈勃望遠鏡”。傳統的PET/CT軸向視野最長不超過30厘米,但是“探索者”將其拓展到2米,其靈敏度可達到傳統設備的40倍左右,且該項目中實時全身動態掃描技術可以精準呈現人體內動態代謝過程。而這一將改變分子影像領域的項目宣布其全球唯一研發與產業化的合作伙伴是上海聯影醫療科技有限公司。
 
        如今,我國分子影像醫療器械正處于邁向國際水平的跳躍點,在有關部門和政策的支持下,本土醫療器械公司在短短幾年時間內已經推出了多種相關性能指標達到世界領先水平的分子影像診斷設備。這依賴于科學家對核心先進技術的探索和掌握,為我國企業的創新之路提供了自主選擇權和戰略主動權,也對中國精準醫療的發展起到了不可忽視的推動作用。

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