目前興起的分子成像技術在新藥研究領域引起了很多科研工作者的興趣，在新藥研究的各個環(huán)節(jié)，分子成像技術越來越顯示了其優(yōu)越性和必不可少性，發(fā)揮越來越重要的作用。分子成像技術包括活體動物可見光成像技術、小動物PET（SPECT）技術以及小動物CT技術等�；铙w動物可見光成像技術由于儀器操作簡單、價格相對便宜，率先普及。隨著分子成像技術的發(fā)展，小動物PET技術會逐漸由于其在藥物代謝等方面的優(yōu)勢，克服放射化學的技術門檻和儀器的價格門檻，也會逐漸成為藥物研究中不可缺少的技術。根據目前的應用資料，我們可以斷定活體動物可見光成像技術和小動物PET技術將成為新藥研究中最主要的兩種技術。那么，這些技術在新藥研究中是如何應用的？各有什么優(yōu)點和缺點，這正是本文要回答的問題。 

    活體動物可見光成像技術可以觀察腫瘤細胞因給藥后的變化，主要是腫瘤細胞是否死亡，腫瘤體積是否變小。通過特定的給藥途徑、時間、劑量，結合腫瘤細胞的變化，設計最合適的給藥策略。也就是說，圍繞提高藥物的生物利用度、平穩(wěn)的血藥濃度和優(yōu)良的藥物代謝參數(shù)、給藥的靶向性三個方面去努力，最終達到以最小劑量的給藥達到治療效果，以回避可能產生的毒副作用。活體動物可見光成像技術所獲得的光子值與腫瘤細胞的體積呈線性相關，雖然是屬于功能成像，但對于觀察腫抗腫瘤藥物的效果來說，實際上只發(fā)揮了結構成像的功能，只觀察了腫瘤細胞的多少與體積變化。只要細胞活著就可以觀察到，而不考慮細胞的生存狀態(tài)和代謝能力以及活躍程度，腫瘤細胞在經藥物治療后首先表現(xiàn)的代謝變化信息是不能獲得的。而且由于可見光在生物體內的漫射特性，活體生物發(fā)光的分辨率很低，在3-5mm左右；活體熒光成像的分辨率在使用400萬像素的CCD時，也只能達到2-3mm，不能實現(xiàn)對精確定位的要求。另外，由于可見光在生物體內的衰減，導致所得結果不能絕對定量，這些客觀實際都要求其他成像模式的運用與發(fā)展。 

    小動物PET或SPECT技術不但能觀察腫瘤的體積變化，更能提早觀察腫瘤細胞的代謝變化，在腫瘤細胞活著的時候，就能觀察葡萄糖、膽堿、氨基酸的代謝是否正常。該技術屬于真正的功能成像，可以觀察到細胞死亡之前的代謝變化過程。有科研人員應用11C標記的膽堿作為示蹤劑觀察人類前列腺癌動物模型，發(fā)現(xiàn)在C4-2、PC-3、CWR22rv以及LNCaP四種前列腺癌細胞中的腫瘤/肌肉比值是不同的，從而得到腫瘤生物過程的代謝信息。此外，該技術可獲得三維斷層信息，能精確計算腫瘤的體積，分辨率在1.8mm。最重要的是，該技術能觀察藥物的ADME，研究藥物的特異性作用靶點，而且可獲得動態(tài)信息。小動物PET技術雖然還沒有普及，但是可以預見，在不遠的將來，將是新藥研究必不可少的技術。 

    在您通過小動物可見光成像技術了解腫瘤被藥物作用后的細胞多少變化之外，是否也關心藥物是通過環(huán)節(jié)起作用的，藥物是否必需通過特定的生物標記物才能其作用？藥物在體內的代謝途徑如何？藥物是否到達腫瘤細胞？在腫瘤細胞死亡之前，它的代謝活動是否有變化，也就是說腫瘤細胞的氨基酸代謝、葡萄糖代謝、膽堿代謝是否異常？這一系列的問題都要通過小動物PET技術得以了解。NightOWL ⅡLB 983活體動物光學成像系統(tǒng)配合小動物PET成像系統(tǒng)正是解決上述科研問題的完美方案，提供從生物發(fā)光、反射熒光、透射熒光到PET（包括SPECT）成像的全面解決方案，即可以通過腫瘤體積的縮小了解抗腫瘤藥物的作用效果，還可以提前觀察腫瘤細胞在給藥后的代謝變化，也可以通過正電子核素標記的藥物的示蹤了解該藥物作用的靶點是什么（尤其是亞洲人、中國人特異的靶點），也可以了解該藥物在人體內的ADME過程。 

    綜上所述，在您選購小動物可見光成像系統(tǒng)的時候，是否把將來的發(fā)展和兼容性作為考慮內容之一，這樣您在藥物研究應用分子成像技術的領域將是領跑者，不用擔心將來的生物發(fā)光或熒光成像資料如何與PET成像結果的兼容問題，Berthold公司的儀器設計者已經為您做了長遠的考慮。NightOWL ⅡLB 983活體動物光學成像系統(tǒng)與小動物PET成像系統(tǒng)兩種不同成像原理的設備組合，不是其功能的簡單相加，而是在此基礎上通過統(tǒng)一的動物床MACU進行圖像融合，是指將相同或不同成像方式的圖像經過一定的變換處理使它們的空間位置和空間坐標達到匹配，圖像融合處理系統(tǒng)利用各自成像方式的特點對兩種圖像進行空間配準與結合，將影像數(shù)據注冊后合成為一個單一的影像。 

    一、 活體動物光學成像技術在藥效學研究中的應用 
通過熒光素酶基因或GFP/RFP基因標記的腫瘤細胞，在小鼠的皮下接種，造成皮下腫瘤模型，給予特定的藥物后，觀察腫瘤細胞的生長和變化。通過GFP/RFP基因標記的優(yōu)點在于不需要底物熒光素，不需要較長的檢測時間，但是不適合進行原位接種。用熒光素酶基因標記的優(yōu)點在于可進行原位接種，但是檢測的時間較長，需要底物熒光素。但是在研究抗腫瘤藥物的治療效果時，通常用皮下模型的較多。 

    1. 熒光成像 
交通大學腫瘤研究所的科研人員應用NightOWL ⅡLB 983活體動物光學成像系統(tǒng)，通過H-460-GFP皮下腫瘤模型，建立小鼠肺癌的實驗模型，可用來進行有關抗癌藥物的篩選。該課題已經申請了上海市科委的資助，計劃建立3-5種腫瘤的活體模型進行藥物篩選。 

    2. 生物發(fā)光成像 
抗腫瘤新藥托普替康的抗腫瘤療效觀察。是通過皮下接種的腫瘤模型來觀測的。目前筆者還沒有發(fā)現(xiàn)通過原位接種來觀察藥物的治療效果的報道。 

    3. 小動物PET可檢測腫瘤代謝的變化 
應用小動物PET技術進行腫瘤的代謝顯像，包括葡萄糖、氨基酸、脂質、膽堿代謝顯像等，通過此來了解藥物是如何起作用的，以葡萄糖代謝顯像觀測腫瘤的發(fā)生發(fā)展變化最為常用�？蒲腥藛T通過PET顯像接種CWR22前列腺癌細胞的小鼠對FDG的吸收，來研究抗前列腺癌藥物治療效果，發(fā)現(xiàn)在第四天腫瘤體積雖然沒有明顯縮小，但是對FDG的吸收已經下降了43%。這就比活體動物可見光成像更早地發(fā)現(xiàn)藥物的治療效果，并能發(fā)現(xiàn)治療機理。說明腫瘤細胞在死亡之前首先發(fā)生代謝的異常，而后是死亡。 

    米蘭大學的科研人員應用小動物PET成像系統(tǒng)，標記葡萄糖、膽堿等，觀察腫瘤細胞內上述物質的代謝情況，取得了不錯的成果。利用小動物PET進行腫瘤代謝顯像，目前還是起步階段，有很多未探明的領域。相信隨著該技術的普及，一定會有很多新發(fā)現(xiàn)。 

    二、 藥物對基因表達的影響 
研究者根據研究目的，將靶基因用熒光素酶標記，同時轉入動物體內形成所需的疾病模型，包括腫瘤、免疫系統(tǒng)疾病、感染疾病等等，可提供靶基因在體內的實時表達和對候選藥物的準確反應，還可以用來評估候選藥物和其它化合物的毒性，為藥物在疾病中的作用機制及效用提供研究方法。上海南方模式動物中心的科研人員應用NightOWL ⅡLB 983活體動物光學成像系統(tǒng)，用于觀察中藥誘導特定基因表達或關閉。用熒光素酶基因標記IL-1β 基因 ，形成轉基因小鼠，IL-1β 基因與熒光素酶基因平行表達。通過構建這樣的平臺，來篩選對炎癥有關的治療藥物，將是中醫(yī)藥領域應用活體動物光學成像技術的先驅，將極大的促進中醫(yī)藥研究方法學的發(fā)展。該課題獲得上海市科委資助，相關的文獻已經快發(fā)表了。 

    三、 藥物的ADME研究 
用熒光染料標記藥物可進行藥物的體內的分布和靶向性研究，但是由于熒光染料標記的藥物種類受到限制，不能進行動態(tài)成像，所以小動物PET仍然是藥物的臨床前ADME研究的主要技術。交通大學腫瘤研究所的科研人員應用Cy5.5標記的抗體的體內代謝實驗，可見標記的抗體在肝、腎等處的分布，這是熒光標記的藥物在體內靶向性研究應用NightOWL ⅡLB 983活體動物光學成像系系統(tǒng)的先例。復旦藥學院的科研人員還用量子點標記藥物，觀察藥物在腦部的靶向性，相關的實驗在進行中。這些實驗拓展了熒光成像的應用，檢測的深度對于小鼠來說沒有了只在體表的限制，而且所獲得的圖片清晰，沒有背景光的強烈干擾，將極大的方便藥劑學領域對活體成像技術的應用。 

    小動物PET可以獲得放射性標記藥物或者類似藥物詳細的藥代動力學信息，即藥物的ADME（吸收、分布、代謝、排泄）的信息。也就是說，該技術可以觀測藥物是否穿越血腦屏障，是否有器官特異性的聚集，是否識別靶受體以及血漿與組織中藥物含量比值�？傊�，通過小動物PET技術可以監(jiān)測藥物作用全過程，提供活體動態(tài)信息，并對比治療前后動物疾病模型的狀況，還可以知道可能產生的組織損傷并進行人與動物的對比研究。例如：意大利的科研人員用11C標記化合物PK11195的類似物VC701，注射入大鼠體內后，觀察由于對PBR受體的識別而導致的分布規(guī)律，經過拮抗劑PK11195的競爭性阻斷后，11C -VC701與受體的結合明顯降低。小動物PET可以顯示藥物是否與特定的分子靶點相結合。PET顯像能確定藥物在體內被轉運并結合到靶組織以及在體內的藥代動力學，可無創(chuàng)傷性的評價藥物對其他生物學位點的抑制作用，而且可用于腫瘤病人優(yōu)化治療劑量。