小动物PET/CT成像系统

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对于在药物发现中采用临床前成像，成像生物标志物起着核心作用。成像生物标志物的生物化学特性，决定了所评定的分子过程的性质。在药物研发的多个不同方面，分子成像都具有重要作用，其中每个方面都可能要求示踪剂具备不同的特性。有多种不同的分子、放射性同位素标记和技术，可支持范围广泛的应用。
小动物活体PET/CT是目前被广泛应用于药物研究的最先进的多模态显像，可同时实现解剖形态学显像和功能学显像。小动物活体PET /CT分子影像系统的配备使得科研机构可以以一个全新、深入的视野来观测生物体内的精细复杂的生理和代谢过程，突破基因科学、医学研究和药物研发中的障碍，研发工作达到一个全新的深度和广度。所影响和促进的学科包括生物学、化学、心脏病学、遗传学、基因组学、免疫学、神经病学、核医学、肿瘤学、药理学、放射学等。
PET显像利用示踪原理和正电子符合探测技术，在组织细胞、亚细胞、分子水平显示活体动物组织器官的功能改变、细胞代谢、分子结合与信息传递等生物学特征和生化代谢过程。CT扫描是利用组织对 X 线吸收率的差异，可清晰显示活体动物组织结构和解剖学形态改变。PET/CT 是将 PET和CT 有机地组合在一起，通过计算机 (及特殊软件 ) 进行连接和共处理的三位一体的复合影像系统，是目前最先进的功能分子影像设备。
小动物PET/ CT在肿瘤、神经科学研究、心脏病学、临床前药物研究及遗传基因研究领域中应用广泛。
1、在肿瘤研究中的应用恶性肿瘤及其转移灶具有细胞生长速度快、新陈代谢旺盛、增殖能力强等特点，其摄取的脱氧葡萄糖达正常细胞的二至十倍。另外，恶性肿瘤组织在蛋白质、DNA合成明显增加，特别是有些恶性肿瘤，如乳腺癌、前列腺癌、神经内分泌肿瘤等，肿瘤细胞存在某些受体（如雌激素、雄性激素、生长抑素受体等）或抗体高表达现象。利用恶性肿瘤这些病理生理改变，采用正电子核素标记葡萄糖、氨基酸、核苷酸、配体拮抗剂或抗体及乏氧等为显像剂，在肿瘤早期，癌细胞在人体内尚未形成明显肿瘤时，就能从分子水平了解肿瘤发生、发展的动态过程。将肿瘤早期诊断推进到分子影像的新时代是目前肿瘤研究中急待开展的新课题。
PET动态定量分析能全面的提供肿瘤葡萄糖代谢信息，如：根据动态显像对肿瘤葡萄糖代谢率精确计算及获取肿瘤葡萄糖摄取常数（Ki）等。K常数与肿瘤葡萄糖代谢相关基因的表达紧密相关，通过动态显像不仅可得到相关基因表达的变化，从而可实现肿瘤的早期诊断，而且也可以根据Ki更早期的监测肿瘤对化疗药物的反应性。因此搭建一个肿瘤动态定量分析平台，实现肿瘤早期诊断，建立抗肿瘤药物敏感监测手段，灵敏监测靶向药物的作用靶点及疗效，预测抗肿瘤药物的敏感与耐药，揭示药物作用靶点、机制已经成为发展的必然趋势。
2、在神经科学研究中的应用
脑代谢显像利用18F-FDG可测定脑组织葡萄糖代谢率。可诊断多种因脑发育过程及病理生理改变而导致葡萄糖利用异常的疾病，例如早老性痴呆症、帕金森氏病、癫痫。脑氨基酸代谢显像主要反映脑内蛋白质合成代谢水平，目前临床最常用的11C-MET易穿透血脑屏障进人脑组织，注药后一定时间进行脑代谢显像就可获得氨基酸在脑内分布的断层影像，利用生理数学模型即可获得脑内氨基酸摄取和蛋白质合成动力学功能代谢参数。脑受体显像主要分为:①多巴胺受体显像，与震颤性麻痹、精神分裂症、迟发性运动障碍、躁郁性精神病、亨廷顿氏舞蹈症等疾病有关。②乙酞胆碱受体显像，与早老性痴呆、重症肌无力等疾病有关。③5一羟色胺受体显像，与精神分裂症、精神发育迟缓、
帕金森氏病等疾病有关。脑受体显像可诊断有关疾病的受体障碍，观察治疗效果，指导和改进治疗方案，提高疗效并降低副反应。除上述各方面外，还可用于戒毒、药物戒瘾性和依赖性等研究。
3、在心脏病学研究中的应用
PET可以进行心肌灌注、代谢、神经受体以及基因等显像，从而有效地反应心脏生理和病理变化，对冠心病的诊断、冠状动脉病变程度和范围的评价、心肌存活的评估、预后判断和疗效评估的价值已得到公认。18F－FDG心肌PET显像是评价心肌存活的“金标准”，与心肌灌注成像结合应用，根据代谢－灌注是否匹配可以有效判断心肌细胞有无活性。
4、在遗传基因研究中的应用
小动物PET /CT显像在基因治疗中，也可发挥重要的作用，不仅可以对基因载体体内分布成像，还可以对基因表达位置、丰度及表达时间进行持续定量监测。外源基因的表达多是通过体外的实验来检测，但体外方法在临床试验中不能无创、动态地获知转基因表达的部位、幅度和时间，所以其结果可能与基因在体内实际作用出现偏差。采用小动物等分子影像学成像系统，通过设计一系列特异性探针，可望实时显示该基因在体内的作用过程。在基因治疗方面，也同样可在体内观察基因载体在体内转基因表达的有效性，判断体内转基因情况是否足够产生临床疗效等。
5、在临床前药物研究中的应用
制药行业是临床前成像最大的应用领域之一。制药行业的领先企业很早就认识到了无创活体成像对新药研发的巨大作用。制药行业对降低成本和提高成功率的追求，推进了成像技术在药物发现中的应用。随着新药研发成本达到20亿美元，以及新药提交监管机构审批的成功率降至十二分之一，许多制药企业纷纷借助成像技术来提高成功率，同时降低成本。这要求治疗学专业人士转变思维范式，在开发过程中尽早应用成像技术，以产生影响，并确保研发成果切实有效。在药物研发中，可以利用适当的放射性标记配体，通过成像测定药物靶向表达和靶活度。或者，采用“标记药物”方法，直接测定药物的生物分布和药代动力学（PK）。可以检测药物与靶之间的相互作用，推导出剂量反应关系，在未来的临床试验中为剂量优化提供依据。在药效学（PD）方面，可以利用成像来测定新疗法的早期反应，提供药效的生物标志物，以及监测随着时间的推移，疾病的进展或对治疗的反应。分子成像影响药物研发过程的关键在于，仅需很少甚至无需修改，就能将这些结果直接转化到临床应用。分子成像的这种堪称独一无二的从临床前直接转化到临床应用的过程，有助于弥合动物研究与人类研究之间的隔阂。小动物活体PET /CT在药物开发研究中大致分为三类：
（1）先导化合物优化涉及新的候选药物。可以利用分子成像，通过直接标记药物（通常采用11C）并跟踪药物在身体中分布的时间进程，加深理解。如果放射性同位素可以直接替换分子结构中的稳定同位素，那么，其化学性质应当是完全相同的。临床前成像在生物分布研究中的关键优势之一就是，可以利用单独的动物来跟踪随着时间的推移，分布情况的发展。传统的方法需要使用许多动物，每一只动物仅用于特定时间点，以获得关于药代动力学的信息。
（2）利用临床前成像，可以确定候选药物的清除途径和清除率，这也有助于早期药物开发。由于成像将显示药物在膀胱中的积聚（对肾清除而言），可以通过在一段时间内采集一系列图像，并分析活性水平，量化肾清除的药物。还可以通过测定成像生物标志物附着在感兴趣靶点的比率和表征去耦率（如果有），确定药物的结合情况。更进一步，可以利用竞争性结合，将其他传统的配体用于相同的受体系统，通过测定受体的相对“阻断”率，可以确定新药的结合亲和力。这个方法最常见的应用是神经受体结合，即，利用PET显像剂与药物竞争，从而确定血药浓度与受体占用率之间的关系。实现了相对较高的占用率之后，如果药效很低甚或无药效，则表明该候选药物不可用于该应用。
（3）在临床药物研发中，替代终点是一个引人关注的领域，该技术“有望根据流行病学、治疗学、病理生理学或其他科学证据，预测临床疗效（伤害或无效）”。作为一种经验证的替代终点，生物标志物可以尽早提供关于药效的信息。包括利用FLT（18F氟代胸苷）来表征核苷转运，以测定细胞增殖。许多制药企业都在临床研究中利用FLT来尽早获得关于新药有效性的信息.