干细胞与分子影像学综述
干细胞的分子生物学特性与应用
干细胞的分子生物学特性与应用干细胞是一类具有自我更新和分化为多种细胞类型潜能的细胞。
其分子生物学特性和应用广泛研究，包括干细胞的标记、增殖、分化、信号传导等方面。
本文将探讨干细胞的分子生物学特性以及其在不同领域的应用。
一、干细胞的分子特性干细胞具有以下几种分子特性，这些特性是随着技术的发展而逐渐被揭示出来的。
1. 自我更新能力：干细胞具有不断自我更新的能力，可以不断分裂并产生新的干细胞。
这种能力是由细胞内特定的分子机制调节的，如转录因子Oct4、Sox2、Nanog等参与了干细胞的自我更新。
2. 多能性：干细胞可以分化为特定细胞类型，如胚胎干细胞可以分化为各类器官的细胞，而成体干细胞则可以分化为特定组织的细胞。
这种多能性是通过控制基因表达网络来实现的。
3. 增殖能力：干细胞可以快速进行增殖，保持细胞数量的稳定。
这一过程受到细胞周期的调控，包括有丝分裂与无丝分裂等。
4. 信号传导途径：干细胞的自我更新和分化过程受到多个信号传导途径的调控，如Wnt、Notch、Shh和BMP等信号通路可以调节干细胞的命运决定。
二、干细胞在医学研究中的应用由于干细胞具有多能性和自我更新能力，其在医学研究中有着广泛的应用，如下所示。
1. 组织工程：干细胞可以用于组织工程，通过在支架上培养干细胞并诱导其分化为特定细胞类型，形成人工组织用于修复和替代受损组织。
2. 疾病建模：干细胞可以从病人体内获得，并通过诱导其分化为特定细胞类型，建立疾病模型进行研究。
这有助于深入理解疾病发生的分子机制，并为新药研发提供平台。
3. 药物筛选：干细胞可以用于药物筛选，通过在体外培养干细胞并将其分化为特定细胞类型，测试不同药物对细胞的效果，为新药的开发提供便利。
4. 细胞治疗：干细胞可以用于细胞治疗，将其分化为特定组织的细胞并进行移植，用于修复受损组织或替代功能缺失的细胞。
三、干细胞在科学研究中的应用除了在医学领域的应用之外，干细胞还在科学研究中有着广泛的应用。
干细胞科研大咖的超强综述，不可不看!
干细胞科研大咖的超强综述，不可不看!在风光无限的细胞时代，干细胞研究在近年来取得了一系列进展。
毫无疑问，干细胞的前方充满机遇。
今天，我们回顾科研大咖的一篇超强综述。
编译：解螺旋·大厨来源：解螺旋干细胞是一类具有自我更新和分化能力的一类细胞，可以产生多种不同细胞和组织，因此具有发育潜能。
全能干细胞可以发育成一个个体的全部细胞，而多能干细胞和单能干细胞仅仅发育成多种或一种谱系细胞和组织。
干细胞的潜能定义，主要根据以下几点：功能性实验、转录水平、表观遗传学以及代谢水平等。
本篇综述描述了全能干细胞的功能学特点和分子标志，提出了一系列鉴定的标准，并为全能细胞的起源提供了基因组检测方法。
基于本文的一些专有名词容易混淆，首先对干细胞领域常见名词简要备注如下：常用词汇ESCs：胚胎干细胞iPSCs：诱导多能干细胞Pluripotency：多能性Totipotency：全能性Multipotency：多向分化潜能Unipotency：单能性Naïve：初始态、原始态、幼稚性Primed：始发态Teratoma：畸胎瘤Chimaera：嵌合体Tetraploid：四倍体Germline：生殖细胞系作为集结了干细胞领域的一线科研大牛（未见iPS之父Shinya Yamanka和核移植之父John Gordon；恭喜我国的干细胞研究已经跻身国际前沿行列，本文的共同作者就有北大的邓宏魁教授和中科院广州的裴端卿教授）的超强综述，必将成为该领域的经典之经典，必看、必读！以下简述本文的主要结论：干细胞发育潜能细胞类型及发育潜能功能学鉴定方法遗传鉴定法作为不可多得的上乘之作，本文列举的参考文献也应当作为干细胞领域小伙伴的必读原始文献，特别建议！另外，作为Hallmarks系列的综述，这里还有三篇经典之经典的综述（如下），分别与肿瘤和衰老相关，感兴趣的朋友可以读一读，五星推荐![1]The hallmarks of aging. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Cell. 2013 Jun 6;153(6):1194-217. doi: 10.1016/j.cell.2013.05.039[2]Hallmarks of cancer: the next generation. Hanahan D, Weinberg RA. Cell. 2011 Mar 4;144(5):646-74. doi: 10.1016/j.cell.2011.02.013[3]The hallmarks of cancer. Hanahan D, Weinberg RA. Cell. 2000 Jan 7;100(1):57-70.— END —。
分子影像学在神经系统疾病中的应用
分子影像学在神经系统疾病中的应用近年来，随着医学技术的不断发展和进步，分子影像学技术得到了广泛应用。
其中，分子影像学在神经系统疾病中的应用越来越受到重视。
本文将从什么是分子影像学，分子影像学在神经系统疾病中的应用和未来发展趋势三个方面来论述。
一、什么是分子影像学？分子影像学是指基于某种探针和成像技术来监测、描绘、分析生物分子（如蛋白质、酶、核酸等）在细胞、组织、器官和整个生物体内的分布、代谢、反应及生理和病理状态的科学。
它通过成像技术来检测在分子水平上的不同生物过程，为生物医学研究和疾病诊断提供了非常重要的手段。
二、分子影像学在神经系统疾病中的应用神经系统疾病是包括多种神经关联的疾病的统称，包括中风、帕金森病、阿尔茨海默病等。
神经系统疾病发病机制非常复杂，涉及到分子层面的调节和控制，因此分子影像学成为研究神经系统疾病的重要手段。
分子影像学在神经系统疾病中的应用主要表现在以下几个方面：1.脑功能成像：根据脑部代谢物浓度、输运或摄取情况利用荧光标记等方法设置神经元或神经元组分显影的方法，利用脑血管注射方式将探针注入体内。
探针扫描结果可以反映脑部代谢活动，从而了解神经系统疾病的机制和发病过程。
2.蛋白质成像：分子影像学可以用来检测神经系统疾病相关的蛋白质表达情况。
例如，可以通过激活位于神经元细胞体内的激活表征物、轮廓和胞外分布的多个信号通路，对神经系统疾病的进展进行诊断。
3.分子诊断：利用小分子探针标记有特定诊断价值分子（如DNA序列、蛋白质等）并进行成像，诊断相关神经系统疾病，或用于神经系统疾病早期筛查或病理学研究。
4.卫星成像：卫星成像技术可以对大范围的地理图片进行高分辨率成像，为神经系统疾病的流行病学研究、特定地区的病因探查、改进医疗资源分配、神经系统疾病预防和治疗控制等提供辅助信息。
三、未来发展趋势分子影像学在神经系统疾病的治疗领域应用前景非常广阔，未来发展趋势主要有以下几点：1.成像技术不断进步：如多光子显微镜、光子晶体成像、超声成像等，为精细小分子无创检测提供可能。
核医学分子影像学
核医学分子影像学是一门高度综合的医学领域，它利用放射性核素和分子成像技术，对生物体内复杂的生理、病理过程进行精确、实时的观察，为疾病的诊断、治疗和预防提供重要的科学依据。
核医学分子影像学具有以下几个关键特点：精确性：核医学分子影像技术，如正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射断层扫描（SPECT），能够提供高分辨率的图像，展示生物体内分子水平的动态变化。
这种精确性使得核医学在许多领域，如肿瘤学、心血管学、神经科学等，具有广泛的应用前景。
多维成像：核医学技术不仅可以提供二维的解剖图像，还可以通过示踪技术获得三维的生理、病理信息。
这种多维成像能力使得医生能够更全面地了解疾病的状况。
实时监测：核医学分子影像技术具有很高的时间分辨率，能够实时观察到体内病变或生理过程的动态变化。
这对于早期诊断、评估治疗效果以及监测疾病进程具有重要意义。
灵活的示踪剂设计：核医学为研究体内生物大分子的功能、代谢和病理过程提供了独特的工具。
通过设计不同类型的示踪剂，可以追踪不同的生物分子和细胞类型。
然而，核医学分子影像学也面临一些挑战，如放射性核素的潜在危害、设备成本高昂、技术复杂等。
此外，核医学分子影像学的研究和应用需要多学科的合作，包括放射化学、生物工程、临床医学等。
未来，随着科技的发展，核医学分子影像学有望在以下几个方面取得重要突破：提高图像质量，包括分辨率和灵敏度；开发新的示踪剂，以适应更多类型的生物分子和细胞研究；提高设备便携性和可移动性，以适应临床的需求；进一步发展数字影像处理技术，提高图像解读的准确性和可靠性。
总之，核医学分子影像学是一个充满挑战和机遇的领域。
通过不断的研究和发展，核医学有望为医学领域的进步做出重要贡献，为人类健康事业带来更多的希望和福祉。
分子影像学国内外研究现状与发展动向
分子影像学国内外研究现状与发展动向随着医学技术的不断发展和人们健康意识的提高，医学影像学作为一种非侵入性、高效准确的检查手段，得到了越来越广泛的应用。
其中，分子影像学作为医学影像学的一个重要分支，可以在分子水平上探测人体内生物分子的分布、代谢和功能状态，为疾病诊断、治疗和预后评估提供了重要的信息，成为了医学影像学领域的一大热点。
本文将从国内外分子影像学的研究现状和发展动向两方面进行探讨。
一、分子影像学国内研究现状分子影像学在国内的研究起步较晚，但近年来发展迅速。
目前，国内分子影像学的研究主要集中在PET、SPECT、MRI和荧光成像等方面。
1、PET分子影像学PET分子影像学是国内分子影像学的主要研究方向之一。
PET技术可以通过注射放射性核素标记的分子追踪其在体内的分布和代谢情况，为疾病诊断、治疗和预后评估提供重要信息。
目前，国内已经有多家医院和科研机构开展了PET分子影像学的研究，如北京协和医院、中国医学科学院肿瘤医院、上海交通大学医学院附属仁济医院等。
2、SPECT分子影像学SPECT分子影像学也是国内分子影像学的重要研究方向之一。
SPECT技术可以通过注射放射性核素标记的分子追踪其在体内的分布和代谢情况，为疾病诊断、治疗和预后评估提供重要信息。
目前，国内已经有多家医院和科研机构开展了SPECT分子影像学的研究，如北京大学第一医院、中国人民解放军总医院、南京医科大学附属医院等。
3、MRI分子影像学MRI分子影像学是国内分子影像学的新兴研究方向之一。
MRI技术可以通过注射磁共振造影剂标记的分子追踪其在体内的分布和代谢情况，为疾病诊断、治疗和预后评估提供重要信息。
目前，国内已经有多家医院和科研机构开展了MRI分子影像学的研究，如中山大学附属第一医院、华中科技大学同济医学院附属协和医院、四川大学华西医院等。
4、荧光成像分子影像学荧光成像分子影像学是国内分子影像学的另一重要研究方向。
荧光成像技术可以通过注射荧光染料标记的分子追踪其在体内的分布和代谢情况，为疾病诊断、治疗和预后评估提供重要信息。
分子影像学研究进展
分子影像学研究进展作者：何炜璐来源：《科学与财富》2020年第13期1 引言分子影像学是指在活体状态下，在细胞和分子水平上，应用影像学方法对人或动物体内的生物学过程成像，进而开展定性和定量研究的一门学科。
随着分子生物学研究的飞速发展，尤其是基因组学、蛋白质组学及其相关技术的进展，迫切需要某种手段来监测其研究对象在生物活体内的过程，于是，以细胞、基因或分子及其传递途径为成像对象的分子影像学（Molecular Imaging）应运而生[3]。
与传统影像学对比，分子影像学着眼于生物过程的基础变化，而不是这些变化的最终结果。
分子影像技术被用于研究结构学（空间），化学（试剂），动力学（时间）以及物理学（能量、光学、位相、偏振）等领域。
如今各个基础学科的高速发展，分子影像学这门新兴的交叉学科越来越受到研究学者的重视，分子影像学的发展也极为迅速，技术与应用繁多。
本文对分子影像学研究进展展开综述，以期为今后分子影像学的研究提供参考。
2 成像技术分子影像学的成像技术有多种，根据所用影像学检查手段的不同，其中应用最多的分子影像学技术可分为光学分子成像、超声分子成像和磁共振分子成像等。
每项成像技术都有其优劣势，如光学分子成像技术有无创、灵敏、安全、可重复成像的优点，但光学成像技术的透入深度有限、穿透力差，还待进一步改善;超声成像技术具有无创、安全、方便、廉价、的优点，但分辨率与清晰度较低;核医学成像具有较高的敏感性非常适合体内成像，但是它有一定辐射;磁共振分子成像具有无创、无辐射、多平面和多序列成像、软组织分辨率高等优点[24]，但是敏感性较差。
2.1光学分子成像光学分子成像是在基因组学、蛋白质组学和现代光学成像技术的基础上发展起来的新兴研究领域，其突出特点是非侵入性地对活体内参与生理和病理过程的分子事件进行定性或定量可视化观察。
光学分子成像是一种采用生物发光和荧光燃料进行活体动物体内标记目的细胞，通过光学成像仪器对生物体内细胞生物学活动进行检测的的一种技术。
分子影像在干细胞治疗中的应用
分子影像在干细胞治疗中的应用王迪;徐旸;李宗金【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2013(000)040【摘要】背景：目前干细胞治疗的研究已能够持续广泛地观察不同种类的干细胞，但是还没有任何一种单独的成像模式能够全面评价干细胞治疗的效果。
<br>目的：介绍追踪干细胞治疗的不同细胞标记方法、成像技术，对分子影像学与干细胞治疗未来的临床应用做一展望。
<br> 方法：由第一作者检索2005年1月至2012年12月PubMed数据库有关分子影像学用于追踪干细胞治疗，细胞的标记方法和成像技术的应用，干细胞治疗理想的成像模式，以及不同干细胞进行分子影像学跟踪的进展相关文献，英文检索词为“Molecular imaging，Stem cel therapy，Cel transplantation，Regenerative medicine”，计算机初检得到269篇文献，根据纳入标准保留20篇进一步归纳总结。
<br> 结果与结论：目前，为了持续追踪移植细胞的生存能力和生物学功能，大多数细胞治疗需在不同时期处死动物进行免疫组织化学分析，不仅操作复杂而且浪费了大量的实验资源。
分子影像学运用影像技术显示组织、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平变化，非侵入性的对参与生理和病理过程的分子进行定性或定量的可视化观察，增加了干细胞治疗的可行性，帮助阐明治疗过程中新的生物学机制。
%BACKGROUND:Stem celltherapy research has been able to continue to observe the different types of stem cells, but there is stil no single imaging mode for a comprehensive evaluation of the effect of stem celltherapy. <br> OBJECTIVE:To review the tracing of cellmarkers andimaging technology in stem celltherapy and to prospect the clinical application of molecular imaging in stem celltherapy. <br> METHODS:The first author retrieved the PubMed for articles (January 2005 to December 2012) regarding application of molecular imaging in stem celltherapy, cellmarking methods and imaging technology, ideal imaging mode for stem celltherapy, and tracing of different stem cells using molecular imaging method. The key words were“molecular imag ing, stem celltherapy, celltransplantation, regenerative medicine”in English. Twenty of 269 papers were included in result analysis. <br> RESULTS AND CONCLUSION:At present, the ability to continuously monitor the biological processes of the transplanted stem cells relies on the histological analysis at different times. However, molecular imaging can observe in vivo complex system functions at the molecular, cellular, organ, and whole body level. As the technology improves, the change in the molecular level can be assessed in the context of the living organism. At the same time, a number of methods are available and meeting the demands to track stem cells by molecular imaging. Imaging technology increases the feasibility of stem celltherapy, and contributes to clarify the new biological mechanism during the stem celltherapy.【总页数】6页(P7150-7155)【作者】王迪;徐旸;李宗金【作者单位】南开大学医学院，天津市 300071;南开大学医学院，天津市 300071;南开大学医学院，天津市 300071【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.分子影像在脑肿瘤诊断与治疗中的应用进展 [J], 张国建;郝林军;武瑜;赵振峰;王春梅;王雪梅;2.分子影像学在干细胞促心肌再生研究中的应用 [J], 张成英;吴红金3.分子影像在脑肿瘤诊断与治疗中的应用进展 [J], 张国建;郝林军;武瑜;赵振峰;王春梅;王雪梅4.分子影像在干细胞治疗中的应用 [J], 王迪;徐旸;李宗金;5.基于PET/CT的分子影像技术在淋巴瘤个体化治疗中的应用研究 [J], 殷艳海;黎芬;陈春如;戴儒奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分子影像学的发展(1W)
分子影像学的发展摘要分子影像学是近几年才发展起来的一门诊断学, 它的出现是医学的一大技术革命。
为了使这门科学具有较大的应用前景, 人们必须通过长期的努力探索, 才能推动分子影像学技术在临床上的应用、发展和进步。
本文通过对分子影像学的简介、技术、应用、优缺点、影响及前景等几个方面进行了阐述。
关键词：分子影像；分子探针；成像技术Development of Molecular IconographyABSTRACTMolecular Imaging is a newly developed diagnostics. Its emergence is a drastic technological evolution in medicalscience. To expand its application , We have to make painstake efforts to promote the clinical application and development of molecular imaging. In this article , the basic introduction, techniques, implementation, advantages and disadvantages, effects and the future were discussed.Key words：molecular iconography；molecular probe; imaging technique目录第一章简介----------------------------------------------------------------------------------------------31.1概念------------------------------------------------------------------------------------------------31.2背景------------------------------------------------------------------------------------------------31.3基本原理-----------------------------------------------------------------------------------------31.4研究目的----------------------------------------------------------------------------------------41.5研究范围----------------------------------------------------------------------------------------4 第二章研究技术----------------------------------------------------------------------------------------52.1 分子探针-----------------------------------------------------------------------------------------52.2 成像技术-----------------------------------------------------------------------------------------6 第三章应用-----------------------------------------------------------------------------------------------7 第四章优缺点--------------------------------------------------------------------------------------------8 第五章影响----------------------------------------------------------------------------------------------8 第六章前景----------------------------------------------------------------------------------------------9 参考文献---------------------------------------------------------------------------------------------------10第一章简介分子影像学(molecular imaging) 是21 世纪医学中具有相当重要价值的诊断学。
分子生物学在干细胞研究中的应用
分子生物学在干细胞研究中的应用干细胞研究是当今生物医学领域中一个备受关注的研究方向，它具有巨大的潜力，可以用于治疗各种疾病和再生组织。
而分子生物学作为生物科学中的重要分支学科，为干细胞研究提供了必要的技术支持和理论基础。
本文将重点探讨分子生物学在干细胞研究中的应用。
一、基因调控研究干细胞的特点之一就是可以自我更新和分化成各种细胞类型，这种功能是通过基因调控实现的。
分子生物学的技术手段，如DNA克隆、实时荧光定量PCR和NGS测序，可以用来研究干细胞的基因调控网络。
通过对关键调控基因的研究，可以深入了解干细胞的自我更新和分化机制，为干细胞治疗提供理论依据。
二、信号通路研究干细胞的自我更新和分化过程受到多个信号通路的调控，如Wnt、Notch和Hedgehog等。
分子生物学的技术可以帮助研究人员解析这些信号通路在干细胞中的作用机制。
通过研究信号通路相关基因的表达和功能，可以揭示干细胞中信号通路的调控网络，为干细胞研究提供深入的认识。
三、表观数组研究干细胞可以分化成各种细胞类型，而不同细胞类型的基因表达模式不同。
基因表达芯片和RNA测序等技术可以在全基因组水平上检测干细胞和分化细胞的基因表达差异。
通过对这些差异基因的分析，可以了解干细胞分化的分子机制，并为干细胞的定向分化提供重要参考。
四、基因编辑技术CRISPR-Cas9技术的出现，为基因编辑提供了一种高效、精准的方法。
分子生物学的技术可以配合CRISPR-Cas9技术在干细胞中实现基因的准确编辑。
可以通过敲除、敲入或修改特定基因，研究该基因在干细胞中的功能和作用机制，为干细胞研究和应用提供新的思路和途径。
五、表观遗传学研究分子生物学的技术手段也可以应用于干细胞表观遗传学研究。
DNA 甲基化和组蛋白修饰等表观遗传机制在干细胞的自我更新和分化中起着重要的调控作用。
通过高通量测序和其他分子生物学技术的应用，可以深入了解干细胞中表观遗传调控的机制和功能。
综上所述，分子生物学作为生物医学研究中的重要工具之一，在干细胞研究中发挥着不可替代的作用。
放射科核医学与分子影像学
放射科核医学与分子影像学放射科核医学与分子影像学是医学领域中相对较新的专业领域之一，它采用各种成像技术来诊断和治疗疾病。
本文将介绍放射科核医学与分子影像学的意义、应用、技术以及未来的发展趋势。
一、放射科核医学与分子影像学的意义放射科核医学与分子影像学在医疗诊断中起到了至关重要的作用。
通过使用放射性同位素、针对身体内部的特定器官和组织进行扫描，医生能够获得准确的影像信息，从而帮助他们判断患者的病情、制定合适的治疗计划。
这项技术的应用范围非常广泛，而且对许多疾病的早期诊断至关重要。
二、放射科核医学与分子影像学的应用1. 诊断乳腺癌和其他肿瘤放射科核医学与分子影像学可以通过扫描患者的乳腺、肺部、肝脏等部位，帮助医生发现并判断肿瘤的性质、弥漫程度和可能的转移情况。
这有助于制定精确的治疗计划，提高治疗效果。
2. 检测心脏病核医学能够提供关于心脏功能和血液供应的详细信息。
通过注射放射性示踪剂，医生可以观察到心脏的血液循环情况，了解是否存在供血不足、心肌缺血等问题。
3. 研究神经系统疾病核医学在神经系统疾病的研究中也发挥重要作用。
例如，通过核医学技术可以观察到患者大脑中的活动区域，帮助科学家们了解不同精神疾病的发生机制，从而为疾病的治疗提供指导。
三、放射科核医学与分子影像学的技术1. X射线成像X射线成像是最常见的影像技术之一。
通过使用特殊设备发射X射线，然后将其通过患者身体部位传递到一个探测器上，医生可以看到关于骨骼、器官或组织的影像。
2. 核磁共振成像（MRI）MRI使用强磁场和无线电波来生成详细的身体部位的截面图像。
它可以提供有关器官结构、异常区域和血流的信息，对于脑科学研究和内科疾病的诊断非常有帮助。
3. 正电子发射断层扫描（PET）PET是一种核医学成像技术，通过注射放射性示踪剂来追踪患者体内代谢的活动。
这项技术可用于检测肿瘤、研究心脏和神经系统，以及评估脑功能。
四、放射科核医学与分子影像学的发展趋势随着医学技术的不断进步，放射科核医学与分子影像学也在不断发展和演进。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的特殊细胞类群．它能在体内分化成各种类型的靶向细胞[1]，归巢至各种疾病引起的损伤部位，幵在该部位分泌活性物质及调节其免疫反应[2]，迚而修复受损的组织、减少炎症反应、促迚血管再生[3]，实现其治疗潜能．因此，监测细胞在体内的存活、分布、增殖、分化等生物学行为对确定治疗的有效性至关重要[4]。
目前，干细胞移植已成为许多疾病治疗的研究热点，但其效果常受到移植干细胞存活率、分化率以及靶向性等限制［5］。
分子影像学的发展使在活体状态下示踪移植细胞的存活、迁徙成为现实。
Weissleder[1]于1999 年提出分子影像学概念, 即在细胞和分子水平活体评价生物过程, 包括体内示踪细胞的存活、迁徙。
目前, 其对细胞的示踪主要通过以下几种手段实现：（1）利用化学合成的分子探针标记细胞[6]；（2）借助病毒或非病毒载体转染细胞，在细胞内高表达报告基因[7]；（3）利用商品化的纳米粒子化学修饰后标记干细胞[8]．根据分子影像学手段的不同，细胞体内示踪成像主要包括超声成像、磁共振成像、核医学成像, 后者主要包括单光子发射计算机断层显像( single photon emission computedtomography, SPECT)和正电子发射计算机断层显像( positron emission tomography, PET)。
本文就干细胞在分子影像学几种成像手段迚行总结。
2 核磁共振成像(Magnetic resonance tomography)利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此绘制成物体内部的结构图像．MRI 能通过软组织对比从而提供高质量的三维的功能和组织信息，而避免了电离辐射，因此能允许纵向评估细胞的种植和迁移[9]．临床中，通常将这种技术应用于人体内部结构的成像应用．2.1 核磁共振成像的优缺点用MRI 示踪的干细胞具有高空间分辨率、低毒性等优点，能确保干细胞的正确传递和提供可视的移植的最佳部位，同时以最佳剂量和时间窗口注射到病人体内，从而优化干细胞治疗体系[10]．但是MRI 的信号不能有效地反映细胞的存活和增殖，因为铁离子能在死亡的细胞内有残留，幵且它能转移到邻近组织．核成像半衰期短，不能长时间监测，幵且高剂量的放射性示踪剂对细胞的存活和分化能力都有一定的影响[11]．该成像很难评估初始的细胞存活或者细胞数量．此外，在MRI 中应用的超顺磁性氧化铁是一个缺点，因为当被标记的细胞凋亡时，巨噬细胞可以吞没该微粒，导致了细胞存活的信号有误差[12]．2.2 核磁共振成像示踪干细胞在疾病中的应用2.2.1 在神经系统疾病方面的应用有报道利用超顺磁性氧化铁（SPIO）标记的干细胞通过核磁第11 期杨晓青，等．干细胞示踪在疾病中的应用173共振成像评估干细胞在该系统疾病中治疗的影响[13]．Hoehn 等[14] 用SPIO 标记干细胞，注射至脑缺血老鼠大脑的非缺血区域，运用MRI 实时监测移植后的干细胞迁移、分化迚程及其再生潜能．通过成像观察到细胞沿着胼胝体迁移，填充在缺血侧大脑半球的区域．Guzman 等[15] 通过MRI 深入分析了人神经干细胞在受损大脑内的生物学行为．通过该成像技术能实时观察用SPIO 标记的神经干细胞能分化成神经元及神经胶质细胞．幵且用MRI动态监测在不成熟啮齿动物的大脑内用SPIO 标记的干细胞能迁移到相应的部位，相反的，在成熟的大脑内只有在受损时才会发生相应的迁移．该研究还运用大脑皮质中风模型，用MRI 观测神经干细胞经胼胝体的迁移及其存活．2.2.2 在心血管系统疾病方面近年来越来越多的研究通过高分辨率的MRI 观察磁性纳米粒子标记干细胞治疗评价干细胞移植．在临床上也通过磁性纳米粒子及MRI 的检测的技术评价干细胞的移植疗效．连续的MRI 允许示踪确定细胞移植的部位和其持久性[16]．很多在心血管研究中运用核磁共振成像标记干细胞可行性和安全性已经得到认可．Kraitchman 等[17]在心肌梗死模型中运用MRI 无创地观察移植干细胞的数量及其植入部位，幵且能用该成像技术客观评估心肌梗死的面积及局部心脏的功能．Terrovitis 等[9]运用氧化铁粒子标记干细胞，通过MRI 观察标记细胞的移植情况，幵且验证了核磁共振成像的有效性是通过MRI 的信号区分被标记细胞的存活来获得的．Wang 等[18]更突破性地运用了MRI 观察到注射后的干细胞在受损的心肌中能定向分化成为内皮细胞，迚而促迚干细胞修复心脏．该研究还通过该成像技术观察到注射后的干细胞仅能存活较短时间，但因干细胞的旁分泌作用，通过组织学的观察可验证其对受损心肌的修复能维持较长时间．2 核医学显像SPECT 和PET 为核素示踪的显像技术。
PET 的显像原理决定了它较SPECT 具有更高的空间分辨率和敏感性, 其在神经系统中应用最广泛[19]。
SPECT 扫描需要准直器, 只能检测到身体发射的小部分γ- 射线, 影响其敏感性; 另外, 散射也降低了它的空间分辨率[20]。
各种组织或细胞均有特异或相对特异的分子标志物, 利用适当的放射性核素标记这些特异性标志物来作为探针, 能够在活体显示组织、细胞的存在和状态。
根据感兴趣分子与探针的不同, 核医学显像可以分为代谢显像、抗体显像、受体显像、报告基因显像和反义显像。
3.1 代谢显像其在临床科研中应用较多。
最常用的分子探针是组织和细胞的代谢底物或类似物。
如氟- 18- 脱氧葡萄糖( 18F- FDG) 是葡萄糖的类似物,被细胞摄取后在己糖激酶的作用下完成磷酸化, 然后停留在细胞内浓聚而不再参于代谢。
18F- FDG 扫描可反映葡萄糖的代谢情况, 从而间接反映疾病的状况[17]Hofmann 等[22]研究18F- FDG 标记的BMSC 在心肌梗死病人心肌中的归巢情况, 结果在心肌梗死区域( 主要是心肌梗死边缘) 发现了移植细胞。
由于葡萄糖和氨基酸代谢是多通路、多分子调节的, 故利用代谢显像示踪干细胞增殖的特异性较低。
Doyle 等[21]利用18F- FDG 标记前体细胞, 通过冠状动脉移植治疗心肌梗死, 利用PET 或CT 可动态观察到细胞存活情况。
Stelljes 等[23]利用18F- FDG- PET 做为一种敏感、无创的检查方法来检测移植物抗宿主病(GVHD) 。
3.2 抗体显像抗体显像是利用抗原、抗体的特异结合, 将抗体作为探针, 以检测细胞表面抗原的存在。
这一技术的关键是获得同源性抗体, 并构造分子量小、呈脂溶性的抗体。
3.3 受体显像受体显像是将放射性标记配基引入体内, 与特异性受体结合, 从而显示受体作用的部位。
受体显像最有可能首先进入干细胞活体示踪领域。
神经受体显像剂有相对成熟的药物或药物衍生物作为标记底物。
国内研究者用11C- raclopride 与D2 受体结合, 进行PET 显像, 在神经前体细胞的移植部位看到了明显的放射性浓聚[24]。
3.4 报告基因显像报告基因显像将报告基因( 如GFP) 与靶基因耦联, 通过测定表型蛋白, 间接反映靶基因的表达。
一种报告基因可以与多种靶基因耦联,一个报告基因系统能用于多种基因显像。
但必须在体外将报告基因与靶基因耦联, 然后用载体导入动物或人体内。
3.5 反义显像反义显像通过螯合剂将核素与反义寡核苷酸连接, 在细胞内与靶基因的mRNA 互补结合, 从而显像, 可反映目标DNA 的转录情况。
虽然这种技术尚未成熟, 但其可能是彻底解决干细胞活体示踪技术的最终途径。
利用PET 示踪干细胞, 在灵敏度、定量分析方面具有较大的优势, 并已在干细胞移植治疗帕金森病研究中获得了很好的效果。
但是, 目前核医学显像仍不能完全解决干细胞活体示踪的问题, 其主要原因是缺乏特异性干细胞标记物。
随着干细胞特异性标记物的发现及分子探针技术的发展, PET 将成为最有前途的示踪干细胞的分子影像学技术。
3.超声成像综上所述，再生医学领域已取得显著迚展，但是干细胞治疗疾病仍处于初级阶段．临床前研究有助于理解干细胞治疗各种疾病的机制及生物学行为．分子成像则能实时动态地评估干细胞的生物学特征，为干细胞治疗疾病提供良好的平台．即使分子影像包括荧光成像、生物发光成像、核磁共振成像等都存在一定的缺陷，如潜在成瘤性、细胞毒性等，但是越来越多的无创的分子影像学技术在干细胞示踪方面得到广泛应用，从而有利于客观动态评价干细胞在疾病治疗中的作用机制及生物学行为．［1］PEARL J I，LEE A S，LEVESON-GOWER D B，et al．Short-term immunosuppression promotes engraftment of embryonic and induced pluripotent stem cells［J］．Cell stem cell，2011，8（3）:309－317.［2］LAI R C，ARSLAN F，LEE M M，et al. Exosome secreted by MSC reduces myocardialischemia/reperfusion injury［J］．Stem cell research，2010，4（3）:214－222.［3］KARP J M，LENG TEO G S. Mesenchymal stem cell homing: the devil is in the details ［J］．Cell stem cell，2009，4（3）:206－216.［4］NGUYEN P K，NAG D，WU J C．Methods to assess stem cell lineage，fate and function ［J］．Advanced drug delivery reviews，2010，62（12）:1 175－1 186.[5].Quattrocelli M，Cassano M，Crippa S，et al． Cell therapy strategiesand improvements for muscular dystrophy． Cell Death Differ，2010，17( 8) : 1222－1229．［6］ZHAO W，SCHAFER S，CHOI J，et al. Cell-surface sensors for real-time probing of cellular environments［J］．Nature nanotechnology，2011，6（8）:524－531.［7］WEISSLEDER R，MAHMOOD U. Molecular imaging［J］.RADIOLOGY-OAK BROOK IL，2001，219（2）:316－333.［8］YANG Q，PENG J，GUO Q，et al. A cartilage ECM-derived 3-D porous acellular matrix scaffold for in vivo cartilage tissue engineering with PKH26-labeled chondrogenic bonemarrow-derivedmesenchymal stem cells ［J］．Biomaterials，2008，29（15）:2 378－2 387.［9］TERROVITIS J，STUBER M，YOUSSEF A，et al. Magnetic resonance imaging overestimates ferumoxide-labeled stem cell survival after transplantation in the heart[J]Circulation，2008，117（12）:1 555－1 562.［10］KRAITCHMAN D L，BULTE J W. Imaging of stem cells using MRI［J］.Basic Res Cardiol，2008，103（2）:105－113.［11］ALT E，PINKERNELL K，SCHARLAU M，et al. Effect of freshly isolated autologous tissue resident stromal cells on cardiac function and perfusion following acute myocardial infarction［J］．Int J Cardiol，2010，144（1）:26－35.［12］LI Z，SUZUKI Y，HUANG M，et al. Comparison of reporter gene and iron particle labeling for tracking fate of human embryonic stem cells and differentiated endothelial cells in living subjects ［J］．Stem Cells，2008，26（4）:864－873.［13］ZHU J，ZHOU L，XINGWU F. Tracking neural stem cells in patients with brain trauma ［J］．N Engl J Med，2006，355（22）:2 376－2 378.［14］HOEHN M，KSTERMANN E，BLUNK J，et al. Monitoring of implanted stem cell migration in vivo: a highly resolved in vivo magnetic resonance imaging investigation of experimental stroke in rat ［J］．Proceedings［15］GUZMAN R，UCHIDA N，BLISS T M，et al.Long-term monitoring of transplanted human neural stem cells in developmental and pathological contexts with MRI［J］．Proceedings of the National Academy of Sciences，2007，104（24）:10 211－10 216.［16］KSTERMANN E，ROELL W，BREITBACH M，et al. Stem cell implantation in ischemic mouse heart: a high-resolution magnetic resonance imaging investigation［J］．NMR Biomed，2005，18（6）:362－370.［17］KRAITCHMAN D L，HELDMAN A W，ATALAR E，et al. In vivo magnetic resonance imaging of mesenchymal stemcells in myocardial infarction［J］．Circulation，2003，107（18）:2 290－2 293. ［18］WANG J，NAJJAR A，ZHANG S，et al. Molecular imaging of mesenchymal stem cell mechanistic insight into cardiac repair after experimental myocardial infarction[J]Circulation:Cardiovascular Imaging，2012，5（1）:94－101.[19] KIRIK D, BREYSSE N, BJORKLUND T, et al. Imaging in cell-based therapy for neurodegenerative diseases [J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2005, 32 (Suppl 2): 417-434.[20] MILLER J C, TRALL J H. Clinical molecular imaging [J]. J Am Coll Radiol, 2004, 1(1 Suppl): 4-23.[21] DOYLE B, KEMP B J, CHAREONTHAITAWEE P, et al. Dynamic tracking during intracoronary injection of 18FFDG-labeled progenitor cell therapy for acute myocardial infarction [J]. J Nucl Med, 2007, 48(10): 1708-1714.[22] HOFMANN M, WOLLERT K C, MEYER G P, et al.Monitoring of bone marrow cell homing into the infarcted human myocardium [J]. Circulation, 2005, 111 (17): 2198-2202.[23] STELLJES M, HERMANN S, ALBRING J, et al. Clinical molecular imaging in intestinalgraft-versus-host disease: mapping of disease activity, prediction and monitoring oftreatment efficiency by positron emission tomography [J].Blood, 2008, 111: 2909-2918.[24] 白金柱, 刘忠军, 丁为民, 等. 多巴胺D2 受体正电子发射计算机断层显像示踪兔脊髓内移植的神经前体细胞[J]. 中华医学杂志, 2006, 86(29): 2060-2064.。