476期:分子影像行业解析:诊断行业新机遇


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这是医学观察站公共号码的第476条

1.什么是分子成像?

分子成像,也称为分子成像,是指应用医学成像方法在体内实现细胞,分子或基因水平的生物学和病理学过程,并进一步量化早期疾病。与定性诊断相关的前沿学科。医学分子成像结合分子探针用于检测基因或纳米材料,使用多模式成像方法,最终实现体内特定靶标的分子水平,无创伤成像。

它涉及多个学科的交叉,如分子生物学,纳米材料,医学成像,核医学,计算机科学等,涵盖广泛的主题,如肿瘤靶向成像,基因成像,受体成像,单细胞追踪和细胞信号传导途径等尖端技术是未来成像医学和精准医学的重要分支,有望在现在和将来消除疾病。

第二,分子成像能做什么?

目前主要用于临床实践的分子成像是正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。在正在进行的临床前研究中,已经发现了针对不同疾病的新分子靶标,并且随着用于多模式分子成像的新技术和仪器的发展,研究人员已经开发出用于成像的复杂且多功能的造影剂。

分子成像可以使细胞功能可视化并连续跟踪分子传递,而不会干扰生物的代谢功能。分子成像技术在医学领域具有广泛的研究和治疗潜力。它不仅可以用于癌症,神经和心血管疾病的早期诊断,还可以通过分子和基因水平改进这些疾病的传统治疗方法,并开发新的生物标志物。此外,它可以优化用于临床前和临床试验的新药物,以检测在发现典型疾病症状之前发生的所谓疾病前状态或分子状态。

近年来,术语“分子成像”已被用于各种显微镜和纳米显微技术,包括活细胞显微镜,全内反射荧光(TIRF)显微镜,受激发射损失(STED)纳米显微镜和原子力显微镜( AFM)。

3.分子成像与传统成像?

体内分子成像通过检测早期疾病(筛查),确定疾病严重程度,选择疾病和患者特异性治疗(个性化药物),应用靶向或靶向治疗以及测量治疗的分子特异性效应,对医学具有巨大的潜在影响。分子成像与传统成像的不同之处在于:

1.称为生物标记物的探针用于帮助图像特定目标或途径。生物标志物与周围环境发生化学反应,图像随着目标区域发生的分子变化而变化。这个过程明显不同于以前的成像方法,前者的成像方法主要是成像质量的差异(如密度或含水量)。这种对精细分子变化进行成像的能力为医学应用(包括疾病的早期检测和治疗以及基础药物的开发)开辟了难以置信的可能性。

此外,分子成像也可用于定量测试。该部分主要应用于新药的剂量反应试验和药物分子靶向治疗的评价。分子成像的定量实现使得这些领域的研究更加客观。例如,一种新兴技术基于质谱的 MALDI分子成像技术。

四,分子成像类型

1.磁共振成像

MRI具有高空间分辨率,良好的形状成像和功能成像的优点。然而,MRI确实有几个缺点。首先,MRI的灵敏度约为10 mol/L至10 mol/L,与其他类型的成像相比,这可能非常有限。这个问题的根源是高能原子和低能原子之间的差异很小。增加感受器灵敏度的措施包括增加磁场强度并通过光泵浦,动态核极化或二次氢激发极化实现超极化。还有各种基于化学交换的信号交换方案以提高灵敏度。为了使用MRI实现疾病生物标志物的分子成像,需要具有高特异性和高相关性(灵敏度)的靶向MRI造影剂。

迄今为止,许多研究都集中在开发靶向磁共振造影剂以实现分子成像的磁共振成像。通常,多肽,抗体或小配体,小蛋白结构域,例如HER-2,已用于实现靶向。为了增加造影剂的灵敏度,这些靶向分子通常与高有效负载MRI造影剂或高相关系数MRI造影剂相关联。微米级氧化铁颗粒(MPIO)的最新发展使得检测动脉和静脉中表达的蛋白质具有前所未有的灵敏度。

2.光学成像

光声成像(PAI)是光学和超声技术的组合,包括光学激发分子靶向造影剂和通过定量检测产生的振荡造影剂。各种光学成像方法取决于荧光,生物发光,吸收或反射作为对比源。例如,荧光分子探针光学成像可以提供实时成像,其相对便宜并且不涉及以高空间分辨率暴露于电离辐射。光学成像最有价值的特征是它和超声波没有像其他医学成像方法那样明显的安全问题。然而,光学成像的缺点是缺乏穿透深度,尤其是在可见光带中。穿透深度与光的吸收和散射有关。光的吸收和散射主要是激发源波长的函数。光被生物组织中的内源性色素(如血红蛋白,黑色素和脂质)吸收。一般而言,光的吸收和散射随着波长的增加而减小。在700nm(例如可见光)下,这些效果导致仅几毫米的浅穿透深度。

因此,在光谱可见区域中,仅可评估组织的表面特征。因为近红外(NIR)区域(700-900nm)的吸收系数低得多,所以近红外光的穿透深度达到几厘米。

3.近红外成像

荧光探针和标签是光学成像的重要工具。一些研究人员将近红外成像技术应用于急性心肌梗死(AMI)大鼠模型,使用肽探针结合凋亡和坏死细胞。近红外荧光团已用于体内成像,包括Kodak X-SIGHT染料和缀合物,pz247,DyLight 750和800荧光团,Alexa荧光团680和750染料。一些研究证明了红外染料标记探针在光学成像中的应用。

例如,已将近红外荧光团与表皮生长因子(EGF)组合用于成像肿瘤进展,并且已将近红外荧光团与Cy5.5进行比较,表明长波染料可产生更有效的光学成像靶向剂。此外,帕米膦酸盐已用近红外荧光团标记,并用作骨显像剂以检测成骨活性物质。然而,向任何载体添加近红外探针可以改变载体的生物相容性和生物分布。

五,国内外分子影像技术发展历程

医学成像技术的发展可能经历了三个阶段:结构成像,功能成像和分子成像。

从卡森于1951年成功开发的第一台闪烁扫描仪开始,它为分子成像诊断设备的开发奠定了基础。

在19世纪60年代,库尔发明了双探针单光子发射断层扫描仪,开启了图像诊断的故障时代,解决了由组织重叠引起的小病灶的闭塞和隐藏问题。

从20世纪70年代到20世纪末,BSO晶体引导正电子成像技术和LSO晶体实现了更快,更优质的PET成像,这是20世纪末分子成像前期平台成功的结束。

1999年,Weissleder等人。提出了分子成像(Molecular Imaging)的概念,分子成像确实作为分子生物学和生物成像的跨学科主题出现。在21世纪,西门子首次将PET和CT扫描技术相结合,开辟了多模态成像时代,实现了功能成像和形态成像优势的强强联合,开辟了分子成像技术定性诊断的新水平。高度。

2015年,突破小动物成像技术的PET \ MR出现了。它结合功能成像和解剖成像,准确获取活体动物的生理和病理信息。活体动物药物的分子靶向分布和机制。

GE:分子成像发现IQ(来源:网络)

飞利浦:分子成像GEMINI-TF(来源:网络)

西门子:分子成像传记mCTFlow 64

中国分子影像产业的发展主要从引进国外医学影像的先进医学影像设备开始。

早在1983年,中国就推出了第一个SPECT。直到21世纪,许多知名进口商及其产品在中国的分子成像设备市场活跃,如美国的GE,德国的西门子和法国的Sopha。收购重组的荷兰皇家飞利浦和以色列的Eliscent。到目前为止,仍然活跃在中国市场的进口商有GE,飞利浦和西门子。

六,分子影像行业发展趋势技术升级

作为医学成像的前沿技术,分子成像诊断研究已涉及前neotom诊断和精准药物开发领域。作为体外非侵入性预诊断技术,分子成像技术将在未来占据整个医学影像行业的很大比例。

与国外市场相比,国内产业仍处于成长阶段,市场集中度低,规模不够大,但增长和突破速度惊人。其分子诊断领域使体外诊断行业的增长率超过25%。然而,中国这一发展的主要限制因素是仪器和设备研发的高门槛,长期以来一直被外国公司所垄断。

例如,在中国,以PET/CT为代表的大多数高端医疗成像设备都依赖进口,市场主要由飞利浦,通用电气和西门子垄断。进口设备价格昂贵,售后维护成本高,导致临床成本高,患者医疗费用压力增大。因此,如果国家想“赶上”“跑”然后“引领”国外,技术升级是国内分子影像产业崛起的内在动力。

只有国内医疗企业拥有独立的核心研发技术,才能在与国外领先企业的竞争中脱颖而出。在质量和价格保证的前提下,价格优势可以用来快速改变国内市场,占领国际市场。

2016年,明丰医疗股份有限公司自主研发的PET \ CT获得了中华人民共和国医疗器械注册证书,标志着中国大型高端医疗影像设备的开发和生产。打破了国内同类产品的现状,成为一个新的产品。阶段。

2017年,由加州大学戴维斯分校,宾夕法尼亚大学和劳伦伯克利国家实验室的顶级分子成像专家发起的全景扫描PET-CT“探索者”项目将实时动态全身扫描的概念变为现实。这个行业被称为哈勃望远镜,它看着人体。传统的PET/CT轴向视场不超过30厘米,但“探索者”即将扩展到2米,因此与传统设备的灵敏度相比,它可以高达40倍。该项目开发的实时全身动态扫描技术可以准确显示人体的动态代谢过程。该项目将改变分子成像领域的项目,宣布其唯一的全球研发和产业化合作伙伴就是该公司。

Explorer全景动态扫描仪(来源:网络)

注射总剂量为7.8mCi,全身采集时间为14分钟。在具有超高灵敏度和超高分辨率的uEXPLORER上,可以获得显示人体许多精细结构的高清3D图像。

结论

如今,中国的分子成像医疗设备正处于国际水平的跳跃点。在相关部门和地方的支持下,连英医药等公司在短短几年内推出了一系列相关性能指标达到世界领先水平的分子。成像诊断设备,如核磁共振设备,PET/CT等。这一结果归功于科学家对核心技术的探索和掌握,为创新之路提供了独立的选择权和战略主动权,同时也发挥了不可逆转的作用。在促进中国精准医疗发展中的作用。

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1.什么是分子成像?

分子成像,也称为分子成像,是指应用医学成像方法在体内实现细胞,分子或基因水平的生物学和病理学过程,并进一步量化早期疾病。与定性诊断相关的前沿学科。医学分子成像结合分子探针用于检测基因或纳米材料,使用多模式成像方法,最终实现体内特定靶标的分子水平,无创伤成像。

它涉及多个学科的交叉,如分子生物学,纳米材料,医学成像,核医学,计算机科学等,涵盖广泛的主题,如肿瘤靶向成像,基因成像,受体成像,单细胞追踪和细胞信号传导途径等尖端技术是未来成像医学和精准医学的重要分支,有望在现在和将来消除疾病。

第二,分子成像能做什么?

目前主要用于临床实践的分子成像是正电子发射断层扫描(PET)或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。在正在进行的临床前研究中,已经发现了针对不同疾病的新分子靶标,并且随着用于多模式分子成像的新技术和仪器的发展,研究人员已经开发出用于成像的复杂且多功能的造影剂。

分子成像可以使细胞功能可视化并继续跟踪分子传递而不干扰生物体的代谢功能。分子成像技术在医学领域具有广泛的研究和治疗潜力。它不仅可用于癌症,神经和心血管疾病的早期诊断,还可用于通过分子和遗传手段对这些疾病进行传统治疗。开发新的生物标志物。此外,它可以在临床前和临床试验中优化新药,以检测在发现典型症状之前发生的所谓的疾病前状态或分子状态。

近年来,术语“分子成像”已应用于各种显微镜和纳米显微镜技术,包括活细胞显微镜,全内反射荧光(TIRF)显微镜,受激发射损失(STED)纳米镜和原子力显微镜(AFM) )。 )。

三,分子成像与传统成像?

通过在早期发现疾病(筛查),确定疾病严重程度,选择疾病和患者特异性治疗(个性化药物),应用靶向或靶向治疗以及测量治疗的分子特异性影响,体内分子成像对医学来说是巨大的。潜在影响。分子成像与传统成像的区别在于:

1.称为生物标记物的探针用于帮助图像特定目标或途径。生物标记物与周围环境发生化学反应,随着分子在目标区域发生变化,图像发生变化。该过程与先前的成像方法显着不同。以前的成像方法主要是成像质量的差异(如密度或含水量)。这种对精细分子变化进行成像的能力为医学应用(包括疾病的早期检测和治疗以及基础药物开发)开辟了难以置信的可能性。

此外,分子成像也可用于定量测试。该部分主要应用于新药的剂量反应试验和药物分子靶向治疗的评价。分子成像的定量实现使得这些领域的研究更加客观。例如,一种新兴技术基于质谱的 MALDI分子成像技术。

四,分子成像类型

1.磁共振成像

MRI具有高空间分辨率,良好的形状成像和功能成像的优点。然而,MRI确实有几个缺点。首先,MRI的灵敏度约为10 mol/L至10 mol/L,与其他类型的成像相比,这可能非常有限。这个问题的根源是高能原子和低能原子之间的差异很小。增加感受器灵敏度的措施包括增加磁场强度并通过光泵浦,动态核极化或二次氢激发极化实现超极化。还有各种基于化学交换的信号交换方案以提高灵敏度。为了使用MRI实现疾病生物标志物的分子成像,需要具有高特异性和高相关性(灵敏度)的靶向MRI造影剂。

迄今为止,许多研究都集中在开发靶向磁共振造影剂以实现分子成像的磁共振成像。通常,多肽,抗体或小配体,小蛋白结构域,例如HER-2,已用于实现靶向。为了增加造影剂的灵敏度,这些靶向分子通常与高有效负载MRI造影剂或高相关系数MRI造影剂相关联。微米级氧化铁颗粒(MPIO)的最新发展使得检测动脉和静脉中表达的蛋白质具有前所未有的灵敏度。

2.光学成像

光声成像是光学和超声技术的组合,包括靶向造影剂的光学激发分子和振荡造影剂的定量检测。各种光学成像方法依赖于荧光,生物发光,吸收或反射作为对比源。例如,荧光分子探针光学成像可以提供实时成像,其相对便宜并且产生不涉及以高空间分辨率暴露于电离辐射的图像。光学成像最有价值的特征是它和超声波不具有与其他医学成像方法相同的安全性问题。然而,光学成像的缺点是缺乏穿透深度,尤其是在可见光范围内。穿透深度与光的吸收和散射有关,这主要是激发源波长的函数。光被生物组织中的内源性色素组吸收,例如血红蛋白,黑色素和脂质。通常,光的吸收和散射随着波长的增加而减小。低于700纳米(例如可见光),这些效果导致仅几毫米的浅穿透深度。

因此,在光谱的可见区域中,仅可以执行组织特征的表面评估。由于近红外(NIR)区域(700-900nm)的吸收系数低得多,因此近红外光穿透深度达到几厘米。

3.近红外成像

荧光探针和标签是光学成像的重要工具。一些研究人员使用肽探针结合细胞凋亡和坏死细胞,并将近红外成像技术应用于急性心肌梗死(AMI)大鼠模型。近红外荧光团已开始用于体内成像,包括Kodak X-SIGHT染料和缀合物,pz247,DyLight 750和800荧光粉,Alexa荧光粉680和750染料等。一些研究已经证明在光学成像中使用红外染料标记的探针。

例如,已将近红外荧光团与表皮生长因子(EGF)组合用于成像肿瘤进展,并且已将近红外荧光团与Cy5.5进行比较,表明长波染料可产生更有效的光学成像靶向剂。此外,帕米膦酸盐已用近红外荧光团标记,并用作骨显像剂以检测成骨活性物质。然而,向任何载体添加近红外探针可以改变载体的生物相容性和生物分布。

五,国内外分子影像技术发展历程

医学成像技术的发展可能经历了三个阶段:结构成像,功能成像和分子成像。

从卡森于1951年成功开发的第一台闪烁扫描仪开始,它为分子成像诊断设备的开发奠定了基础。

在19世纪60年代,库尔发明了双探针单光子发射断层扫描仪,开启了图像诊断的故障时代,解决了由组织重叠引起的小病灶的闭塞和隐藏问题。

从20世纪70年代到20世纪末,BSO晶体引导正电子成像技术和LSO晶体实现了更快,更优质的PET成像,这是20世纪末分子成像前期平台成功的结束。

1999年,Weissleder等人。提出了分子成像(Molecular Imaging)的概念,分子成像确实作为分子生物学和生物成像的跨学科主题出现。在21世纪,西门子首次将PET和CT扫描技术相结合,开辟了多模态成像时代,实现了功能成像和形态成像优势的强强联合,开辟了分子成像技术定性诊断的新水平。高度。

2015年,突破小动物成像技术的PET \ MR出现了。它结合功能成像和解剖成像,准确获取活体动物的生理和病理信息。活体动物药物的分子靶向分布和机制。

GE:分子成像发现IQ(来源:网络)

飞利浦:分子成像GEMINI-TF(来源:网络)

西门子:分子成像传记mCTFlow 64

中国分子影像产业的发展主要从引进国外医学影像的先进医学影像设备开始。

早在1983年,中国就推出了第一个SPECT。直到21世纪,许多知名进口商及其产品在中国的分子成像设备市场活跃,如美国的GE,德国的西门子和法国的Sopha。收购重组的荷兰皇家飞利浦和以色列的Eliscent。到目前为止,仍然活跃在中国市场的进口商有GE,飞利浦和西门子。

六,分子影像行业发展趋势技术升级

作为医学成像的前沿技术,分子成像诊断研究已涉及前neotom诊断和精准药物开发领域。作为体外非侵入性预诊断技术,分子成像技术将在未来占据整个医学影像行业的很大比例。

与国外市场相比,国内产业仍处于成长阶段,市场集中度低,规模不够大,但增长和突破速度惊人。其分子诊断领域使体外诊断行业的增长率超过25%。然而,中国这一发展的主要限制因素是仪器和设备研发的高门槛,长期以来一直被外国公司所垄断。

例如,在中国,以PET/CT为代表的大多数高端医疗成像设备都依赖进口,市场主要由飞利浦,通用电气和西门子垄断。进口设备价格昂贵,售后维护成本高,导致临床成本高,患者医疗费用压力增大。因此,如果国家想“赶上”“跑”然后“引领”国外,技术升级是国内分子影像产业崛起的内在动力。

只有国内医疗企业拥有独立的核心研发技术,才能在与国外领先企业的竞争中脱颖而出。在质量和价格保证的前提下,价格优势可以用来快速改变国内市场,占领国际市场。

2016年,明丰医疗股份有限公司自主研发的PET \ CT获得了中华人民共和国医疗器械注册证书,标志着中国大型高端医疗影像设备的开发和生产。打破了国内同类产品的现状,成为一个新的产品。阶段。

2017年,由加州大学戴维斯分校,宾夕法尼亚大学和劳伦伯克利国家实验室的顶级分子成像专家发起的全景扫描PET-CT“探索者”项目将实时动态全身扫描的概念变为现实。这个行业被称为哈勃望远镜,它看着人体。传统的PET/CT轴向视场不超过30厘米,但“探索者”即将扩展到2米,因此与传统设备的灵敏度相比,它可以高达40倍。该项目开发的实时全身动态扫描技术可以准确显示人体的动态代谢过程。该项目将改变分子成像领域的项目,宣布其唯一的全球研发和产业化合作伙伴就是该公司。

Explorer全景动态扫描仪(来源:网络)

注射总剂量为7.8mCi,全身采集时间为14分钟。在具有超高灵敏度和超高分辨率的uEXPLORER上,可以获得显示人体许多精细结构的高清3D图像。

结论

如今,中国的分子成像医疗设备正处于国际水平的跳跃点。在相关部门和地方的支持下,连英医药等公司在短短几年内推出了一系列相关性能指标达到世界领先水平的分子。成像诊断设备,如核磁共振设备,PET/CT等。这一结果归功于科学家对核心技术的探索和掌握,为创新之路提供了独立的选择权和战略主动权,同时也发挥了不可逆转的作用。在促进中国精准医疗发展中的作用。

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