放射性核素光学成像及黑色素瘤的分子影像学研究

【摘要】： 分子影像学是一门新兴的交叉学科,涉及到影像学、分子材料学(包括纳米材料)、分子生物学(包括信号传导通路、受体、抗体、配体等)、基因研究等。目前已有多种影像学技术应用于分子影像学研究,如放射性核素成像(nuclear imaging),光学成像(optical imaging,OI),超声成像(ultrosonic imaging)和核磁共振成像(Magnetic resonance imaging, MRI)等。放射性核素成像手段主要包括正电子发射计算机断层成像(position emission tomography, PET)和单光子发射计算机断层成像(single photon emission computed tomography, SPECT)。放射性核素成像首先将放射性药物引入患者体内,在体外检测放射性药物发射出的高能量高穿透性的伽玛射线,从而研究药物在体内的分布。通过与高分辨率的计算机断层扫描技术(X-ray computed tomography)相结合,PET或SPECT可以在显示深部组织的分子影像学特征的同时,高分辨率地显示组织的解剖结构,目前已广泛地应用于临床。光学成像主要包括生物发光成像(bioluminescent imaging)、荧光成像(fluorescence imaging)等,应用于分子及细胞生物学研究和活体(in vivo)表面成像。由于目前通过美国食品药品管理局(Food and Drug Admistraton, FDA)认证的光学探针只有吲哚菁绿(indocyanine green, ICG),光学成像在临床应用较少。多数活体光学成像只初步用于小动物的实验成像。光学成像相比放射性核素成像价格较低廉,且允许具有不同光谱特征的探针进行多通道成像。 本文在国际上率先综合了核医学示踪剂和光学成像系统。使用光学系统的高敏感CCD相机检测放射性探针以韧致辐射(Bremsstrahlung radiation)或契伦科夫辐射(Cerenkov radiation)产生的低能量光子,证明了核医学探针应用于光学成像的可行性,拓展了光学成像在临床的应用前景,并为直接监测钇-90 (yttrium-90,90Y)等目前难以监测的放射性治疗用核素提供了有效手段。 一般而言,多聚肽比单体拥有更好的受体亲和力和活性。本研究以多聚黑色素细胞刺激激素(a-Melanocyte-Stimulating Hormone,简称a-MSH)类似肽和黑色素瘤为模型,利用正电子发射计算机断层扫描技术(Positron emission tomography,简称PET),对多聚肽的受体亲和力和体内肿瘤靶向能力进行了系统的比较研究。 用多肽固相合成法合成了MSH类似肽单体(MSH1),二聚体(MSH2)和四聚体(MSH4),并分别与金属螯合剂DOTA联接(DOTA-MSH1, DOTA-MSH2, DOTA-MSH4)。通过B16/F10鼠黑色素瘤细胞测定三种多肽及联接DOTA后的半数抑制浓度(IC50),评价其受体亲和力。标记64Cu后,进行PET扫描成像,观察其体内分布和肿瘤显像效果。并在不同时间点处死小鼠,取血、肿瘤及各主要器官,测量其每克组织注射百分剂量率(%ID/g)。多肽的各步反应均使用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)进行纯化并利用电喷雾质谱(ESI-MS)进行鉴定。DOTA-MSH4在体外实验中具有最高的受体亲和力[IC50=1.00nM(95%可信区间0.83-1.21nM)],但在体内实验中肿瘤摄取量最低(1小时=0.6l±0.02%ID/g；2小时=1.82±0.85%ID/g；4小时=2.98±0.24%ID/g),且在肾脏大量蓄积(1小时=12.91±1.86%ID/g；2小时=20.89±3.98%ID/g；4小时=24.98±2.17%ID/g)。相比之下,DOTA-MSH2有着中等的受体亲和力[IC50=2.06nM(95%可信区间1.48-2.88nM)],却有更高的肿瘤摄取量(1小时=5.65±1.13%ID/g；2小时=5.23±0.5%ID/g 0；4小时=5.39±0.84%ID/g),且在肾脏中的蓄积少于DOTA-MSH4(1小时=18.23±2.50%ID/g；2小时=16.84±3.57%ID/g；4小时=16.44±1.66%ID/g). DOTA-MSH1受体亲和力最低[IC50=3.10nM(95%可信区间2.34-4.10nM)],有着中等的肿瘤摄取量(1小时=2.81+1.49%ID/g；2小时=3.74±1.57%ID/g；4小时=4.20±0.69%ID/g)和较低的肾脏蓄积(1小时=11.79±4.54%ID/g；2小时=11.24±3.95%ID/g；4小时=9.90±1.25%ID/g)。最后,对DOTA-MSH2进行的体内竞争抑制实验显示其具有良好的肿瘤特异性。高受体亲和力的DOTA-MSH4却有着较差的显像效果。在本实验测试的三种多肽探针中,DOTA-MSH2被证明是最佳的黑色素瘤PET显像剂。