作者：Todd Sasser，美洲應用主管及高級NMI應用專家

臨床前成像對了解人體處于健康與疾病等不同狀態下運行的方式以及描述人體對生理或環境變化起著至關重要的作用。它能在器官、組織、細胞和分子水平上提供對疾病過程的重要見解。這些知識有助于開發新的治療策略，進而改善患者的治療結果并挽救生命。而對于評估新療法的有效性和安全性以及在臨床使用前描述藥物分布模式，臨床前成像同樣十分重要。

利用解剖學評估技術，如磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）以及用于分子可視化的正電子發射斷層掃描（PET）和單光子發射計算機斷層掃描（SPECT），可以實現對動物模型的經濟高效的高通量縱向研究。在開始臨床試驗之前，小動物研究對于探索和驗證臨床前階段的顯像劑十分必要。根據PET成像所提供的數據，可以從動物研究推及人類研究，在這種情況下，研究人員越來越多地將其運用于藥物轉化開發階段。

臨床前PET腫瘤研究

為患者提供更個性化癌癥治療的需求，推動了臨床前PET腫瘤研究的進展。大量不同類型的腫瘤（包括那些尚未得到很好表征的腫瘤）及其對治療的不同反應，使得尋找有效的新癌癥療法變得非常具有挑戰性。PET等非侵入性活體成像技術通過對腫瘤相關過程的實時可視化，使研究人員能夠更好地了解腫瘤演變的過程。

這些方法有助于提高對腫瘤形態、演變和生物標志物表達的認識。通過靜脈注射放射性示蹤劑成像，PET能夠提供有關腫瘤受體表達、能量代謝和其它生物標志物的信息。這種放射性示蹤劑包括一種放射性同位素，最常見的是氟-18（¹⁸F），它附著于一個靶向某個特定受體代謝途徑的分子，腫瘤細胞對它的攝取受到監測。

“常規”PET示蹤劑，如¹⁸F-FDG或¹⁸F-氟胸腺嘧啶（FLT），被視為腫瘤生理學的黃金標準及監測通用標志物，包括代謝改變和缺氧、增殖和轉移。研究人員目前正在開發更為特異的PET藥物，能夠靶向某種分子或基因產物的表達，并有可能幫助研究人員更好地理解與評估腫瘤生物學和治療反應。

多模式技術

新型PET示蹤劑的發展，結合CT及MRI等其它成像方式，可以應用于腫瘤演變的研究和生物學特性的表征。自20世紀90年代中期以來，PET/CT中的CT部分為功能性PET成像提供了解剖學參考和衰減圖，并因其高通量、易用性以及在骨、肺應用中的高分辨率而成為實現一系列功能的有用工具。然而，PET/CT成像仍然使用電離輻射，而PET/MR技術可以減少這一局限。PET/MR在多參數成像和*的解剖軟組織對比度方面的潛力，使其成為臨床前腫瘤學研究中日益流行的方法。它能提供一些獨特的能力，包括檢測腫瘤邊緣、評估單個腫瘤內示蹤劑分布以生成感興趣區域、在一系列臨床前模型中計算標準化攝取值（SUV），從而改進互補PET數據的功能分析。雖然PET和CT數據是連續采集的，但是一些PET/MR系統可以同時采集數據，從而能實現復雜的成像工作流程。

在臨床前腫瘤學中，PET/MR出色的解剖軟組織對比度提供了在廣泛的模型中檢測腫瘤邊緣/體積的能力，這可以提高互補PET數據的功能性分析。MR已經被證明可以檢測早期的異種移植瘤，以及大多數器官中的早期原位和自發性腫瘤（圖1A）。由于能實現腫瘤環境的解剖學分辨率（圖1B），并通過多種因素（灌注/擴散、蛋白酶活性、缺氧、代謝物和代謝）聯合檢測對其進行進一步增強（圖1C），因而PET/MR提供了一種可用于探究腫瘤微環境復雜性的工具。同時，甚至還可以利用多重功能以更高的精度對單個變量（例如新陳代謝）進行研究。

圖1：PET/MR在臨床前腫瘤研究中的能力。（A）早期原位CT-2A膠質瘤小鼠的 8天¹⁸F-FDG/PETMR成像。PET/MR可以在更廣泛的異種移植、原位和自發性腫瘤模型中以及腫瘤演變的早期階段提供腫瘤邊緣檢測。（B）異種移植SKOV3腫瘤小鼠的18F-FDG/PET-MR成像。PET/MR可以提供精細的軟組織細節，特別是與腫瘤生物學研究相關的細節。（C）晚期小鼠CT-2A膠質瘤的18F-FDG/PET和DWI-MR成像。功能性PET和功能性MR的交叉多重、多參數檢測，可以揭示單一功能性MR或單一PET無法確定的生物過程。使用Bruker BioSpec 70/20帶PET插件獲得的圖像。

圖片供稿：Uwe Himmelreich博士、Willy Gsell博士、Cindy Casteels博士和Matteo Riva博士，比利時魯汶大學醫院分子小動物成像中心（MoSAIC）。

開發未來的癌癥療法

多模式PET技術的不斷發展將繼續推動臨床前腫瘤學研究。PET、PET/MR和PET/CT在示蹤劑開發、治療監測和腫瘤生物學研究方面的成效正在改變癌癥的治療方式，使之朝著更個性化治療的方向發展。使用先進成像儀器進行的前沿研究，正使該領域向個性化治療、優化癌癥治療與患者護理的方向更進一步。

作者簡介

Todd Sasser博士是布魯克臨床前成像應用負責人。他直接與各研究點合作，涉及感染成像、癌癥生物學和探針開發等多個學科領域的PET應用。Sasser博士曾就讀于英國利物浦大學和美國夏威夷大學，還是法國圣母大學的訪問學者。