淺談分子醫學影像應用
撰寫人: 基礎醫學研究所 謝佳宏博士
現代醫學逐漸趨向深入分子層級的診斷與治療，蓋一疾病的發生，極可能源自於體內某一種分子(例如基因或蛋白質)乃至一種細胞之變化或異常而衍生的結果，分子影像 (molecular imaging) 即為一種利用光學、磁振、微氣泡或加馬射線造影方式觀測生物體內分子或細胞變化之科技。此照影方式因具有非侵入性並且可重複性觀察，故較傳統的分子生物技術更能方便並且準確地觀測生物體內分子變化。目前其研究應用的領域包含下列幾項應用：
1.分子標的照影(molecular-targeting imaging)：其將所對感興趣疾病蛋白質具有專一性結合力之抗體或胜肽，予以標誌螢光、冷光、放射核種、順磁性物質及微氣泡粒子作為分子探針(molecular probe)並且搭配其互補照影系統如活體光學影像系統(in vivo optical imaging system)、單光子電腦斷層影像系統(single photo computerized tomography, SPECT)、正子電腦斷層影像系統(positron emission tomography, PET)、磁振影像系統及超音波影像來觀察活體內疾病蛋白質的表現。透過此方式，可以達到疾病的早期診斷以及輔助分子治療。此外，對於所感興趣之配體或藥物也可經由此方式來觀察其在生物體內的生物分布及代謝情形。藉由此方式，可縮短藥物開發時間及降低開發成本。
2.分子基因照影 (molecular-genetic imaging)：其原理為利用其適合照影系統之報導基因(reporter gene)如光學、核醫或融合報導基因並配合其與報導基因互補之分子探針來觀察生物體內外生性或內生性基因表現。此方式可以即時並且重複性觀測生物體內基因表現及其動態，故相較於傳統方式更能有效探索基因表現與疾病關係並且輔助基因治療。
3.活體內細胞路徑造影 (in vivo cell trafficking imaging)：一般可將所感興趣細胞如幹細胞、免疫細胞及癌細胞轉殖其適合照影系統之報導基因或是給予順磁性物質或放射核種讓其細胞吸收後再將其細胞送入活體內並配合其互補的照影系統來觀測細胞在生物體內的移動路徑。此方式可以快速了解所觀察的細胞在體內的分布，因此對於癌症的轉移、免疫細胞的作用路徑以及細胞治療的研究扮演不可或缺的角色。
4.活體內分子作用照影 (in vivo molecular interaction imaging)：其原理為將所感興趣兩個分子分別標幟不同訊號波長之螢光物質或放射核種使其為分子探針，如果這些分子受到體內某酵素作用而使分子聚合或分離會使得訊號波長改變而獲得不同的訊號。因此，借由此方式可以獲得分子在活體內的交互作用例如蛋白質與蛋白質交互作用。目前此方式照影已用在分子生物學上分子作用機轉的探討。
以上這些分子照影方式都可以搭配傳統解剖性影像(如x-ray, CT, MRI)與功能性影像(MRI, PET, SPECT)，並藉由影像對位及融合的技術來提供更多解剖及生理資訊，借此來探討疾病的分子病理機轉以及評估分子治療效果。
分子影像探針的開發涉及有機化學之特殊化合物合成、無機化學之特殊配位子或螯合劑之耦合、放射化學之標誌技術、以及生物化學之蛋白質特異性辨別，乃至於包括細胞吸收及動物生物分佈等生物特性的分析。一般而言，螢光及冷光的照影系統方便適用於細胞吸收及小動物模式造影。然而，由於影像重建及定量技術問題尚未完全克服故無法提供精確影像對位及定量資訊。因此，往往需要其核醫造影系統的輔助來提供更可靠的數據。此外，核醫造影系統其訊號穿透能力較佳，故可適用於較大型動物並且有較助於人體臨床醫學之應用。近年來分子影像已成為生物醫學最熱門的研究主題之一，它為生物醫學之研究提供一大利器，關係著人類疾病之早期診斷、發現及治療，乃至於治療效率之評估。分子影像形同我們人類的一雙更完美的眼睛，讓我們能夠深入地探究生物體更深更奧秘的層面，為人類健康幸福創造奇蹟。
目前，國內外分子醫學影像中心如同雨後春筍般地相繼成立。暨榮總、陽明團隊之後，核能研究所、中研院、長庚、台大、三總也都有自己的分子影像中心。正因為它是發展分子醫學或轉譯醫學的前哨站，因此分子影像中心被視為各大生物醫學研究中心發展重點項目之一。
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