肿瘤动物模型影像学研究进展

1、肿瘤动物模型影像学研究进展        【摘要】     动物模型是研究肿瘤发生、转移以及治疗效果的重要前提。动物专用影像设备和分子影像技术的产生推动了肿瘤动物模型影像学的发展，在X射线成像技术、超声成像技术、磁共振成像技术、核素成像技术、光学成像技术等方面进行了有意义的探索和改进，为实现“实时、连续、无创、敏感、原位” 的监测肿瘤动物模型提供了理论依据和技术支持。     【关键词】  肿瘤动物模型 X射线成像

2、超声成像 MRI 核素成像 光学成像     动物实验是生命科学实验研究中的重要组成部分，尤其在肿瘤研究中，动物模型的成功建立是研究肿瘤的发生、转移以及治疗效果的重要前提。随着后基因组时代的到来，在动物模型的影像监测方面产生了巨大进步，各种动物专用影像设备的产生和分子影像技术的发展使我们可以“实时、连续、无创、敏感、原位”的观察肿瘤。本文将简述肿瘤动物模型发展历史，并详细讨论最新分子显像技术的优缺点及适用范围，希望能为肿瘤动物模型的影像监测提供一些建议。    1发展简史    随着人

3、类探索和科学进步，肿瘤动物模型经历了体表向体内的过渡。人们起初将肿瘤种（移）植于动物皮下，局部注射抗肿瘤药物，通过卡尺来测量肿瘤的尺寸来观察疗效，但这不能反映临床中多数肿瘤的生物学行为，于是大量的内脏肿瘤模型建立。传统的肿瘤测量方法依赖于临床常规影像技术如计算机X线体层摄影（computed tomography, CT）、超声（ultrasound）等分期分批地处死动物，运用解剖、组织病理、生物化学、免疫等方法来监测肿瘤生长、转移以及对治疗的反应；但是在肿瘤研究中，分子层面的紊乱往往早于大体形态的改变，如果能够探测肿瘤中特异分子的改变，监测肿瘤在基因表达、信号传导以及固有反馈的复杂而动态的相

4、互作用中的生长、转移及对治疗的反应，便可以更清晰的了解肿瘤生物学性状、血管生成、特异性抗原表达、转移过程和对不同治疗方法的反应，更快的实现人类攻克肿瘤的理想。    人类基因组计划的完成、后基因组计划的实施以及现代物理、现代化学、生物信息技术的飞速发展，让我们对基因序列及其表型在复杂的器官、组织等中的活动及功能的认识成为可能。现代影像技术运用探针、报告基因、对比剂、示踪剂等进行 “分子显像”，使在分子层面观察基因、蛋白和载体在活体细胞中的相互作用成为可能4。而临床常规影像技术一方面不断完善硬件设备，以期获得更高的空间分辨率或更多的信息，一方面不断运用最新的计算机技

5、术（如图象分割法和算法）进行三维重建，同时大量引入各种对比剂进行分子显像。    2技术进展    国外已经意识到动物模型影像的重要性，称之为“ANIMAGE project” ，在肿瘤研究中更是进展迅速。而国内刚刚起步，动物专用影像技术的参数和临床应用相类似，主要包括空间和时间分辨率、灵敏度和穿透深度等，。    2.1X射线成像技术1895年，德国物理学家威廉·伦琴发现了X射线，经过一百多年的发展，X射线成像技术已经被公认为采集信息量最多、最准，分辨率最高，也是目前发展最成熟的成像技术。&#

6、160;   2.2超声成像技术超声成像技术产生于20世纪40年代，经过半个多世纪的发展，超声不仅能观察病变的完整形态,而且可检测其功能及部分代谢状态,在诊断学和治疗学上发挥着日益重要的作用。超声成像技术具有安全、便携、无创、价格低廉等优点。    2.3MRI不管在人体还是动物模型，通过MRI监测质子密度、弛豫率、血流、灌注、弥散等指标发现癌前病变，研究肿瘤血管生成及其在肿瘤生长、转移的作用，探究原位癌进展至浸润癌的机制和过程。    ）非水分子为成像对象的分子影像技术即磁共振波谱成像（magnetic reso

7、nance spectroscopy，MRS），主要是通过“测量”含奇数质子的原子核（1H，13C，19F，23Na，31P）在体内组织的化学位移，推算组织或体液中相应代谢物的浓度，反映组织细胞的代谢状况。临床上通过监测N-乙酰天门冬氨酸、胆碱、脂质、枸橼酸盐、肌酸等指标的改变研究甲状腺癌、前列腺癌、脑肿瘤等。Xu等19应用氢质子磁共振波谱（1H MRS）技术测量胆碱与脂质的比例，并以组织病理结果加以验证，发现胆碱复合物在肝细胞癌实验动物中有明显的升高，证实了1H MRS能够准确监测肝细胞癌发生发现中代谢的变化。    ）水分子为成像对象的分子影像技术主要是通过引

8、入特定对比剂以改变水分子像的对比度来示踪特定生命现象。对比剂主要分为两类。一类是顺磁性复合物，可以缩短T1弛豫时间，使T1图像产生增强信号；另一类是超顺磁性复合物（如超顺磁性氧化铁微粒），可以通过缩短T2弛豫时间，使T2图像产生阴性对照。成为从分子层次研究肿瘤的病理机制、基因治疗和评价治疗效果等方面的一种重要手段。    2.4核素成像技术 核素成像技术（radionuclide imaging, RI）主要分为单光子发射断层显像技术（single photon emission computed tomography, SPECT）和正电子发射断层显像技术（po

9、sitron emission tomography, PET），都是以脏器和病变聚集放射性显像剂的量为基础的脏器和病变显像方法。    2.5光学成像技术动物光学成像技术（optical imaging）分为生物发光成像（bioluminescence imaging，BLI）与荧光成像（fluorescence imaging，FI）两种技术。生物发光是用荧光素酶基因标记细胞或DNA，而荧光技术则采用荧光报告基团进行标记。利用灵敏的光学检测仪器，可以直接检测活体生物体内的细胞活动和基因行为。相对于其他影像技术，光学成像具有操作简便、结果直观、测量快速、灵敏度高

10、及费用低廉等优点。该技术在刚刚发展起来的几年内，已广泛应用于生命科学、医学研究及药物研发等领域。    3结语    不同的影像技术根据成像原理的不同而具有不同的特点及不足，在肿瘤动物模型实验中，可以根据不同的实验目的、不同的研究方法、不同的研究单位选择一种或多种影像技术融合以实现“实时、连续、无创、敏感、原位”的观察肿瘤动物模型。     【参考文献】  1 Massoud TF, Gambhir SS. Molecular imaging in living subjec

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