传统的非侵入性心血管成像可评估形态、功能、血流和代谢，但缺乏对特定疾病相关蛋白质、基因或细胞类型的精确定量能力
相比之下，分子影像学通过设计靶向成像探针，能够更精确地识别和量化病理相关的蛋白质、基因或细胞类型的变化。目前已广泛应用于癌症医学，现在已成为淀粉样变性和结节病等心血管疾病护理的一部分。
2024年12月3日Circulation杂志发表了题为《In Vivo Cardiovascular Molecular Imaging: Contributions to Precision Medicine and Drug Development》的研究，我们一起来学习一下如何使用靶向探针进行表型分子或细胞成像的方法的认识和理解以及分子成像在候选药物识别、临床前测试和临床试验阶段提高新药开发的精度和效率的多种作用。
主要结论：
分子成像，尤其是结合机器学习和人工智能，正在推动精准医疗和药物开发的进步
分子成像已被用于心血管疾病（如动脉粥样硬化、心肌梗死）的早期诊断和风险分层
分子成像通过提供“虚拟活检”能力，可以在临床前和临床试验阶段评估新药的药代动力学、药效学和靶点结合特性
尽管分子成像具有巨大潜力，但新探针的临床转化面临许多障碍
01 临床背景
分子影像学的临床应用
非侵入性地对致病分子或细胞变化进行成像的能力对临床前研究以及患者的评估和管理具有广泛的影响（图 1）：
在护理领域-用于在早期阶段检测疾病
药物治疗-用于选择最有可能有效的药物治疗，以及监测药物、基因或细胞疗法的成功反应
例子：使用18F-氟脱氧葡萄糖 (FDG) 的正电子发射断层扫描 (PET) 成像已被证明可用于早期诊断多种类型的实体瘤，以及在出现解剖变化之前监测进展或预测治疗反应
图1 体内分子成像在基础科学、临床前转化科学和患者护理中发挥的不同作用的例子
02 临床应用
临床实践中已采用的心脏分子成像方案并非专门为探究预先确定的特定疾病相关途径或分子而设计的。基于已知或新兴分子生物学的靶向药物正在不断发展，并可能提高疾病检测的特异性和药物反应的预测
用于分子靶向的生物设计和技术方法多种多样。它们包括对现有示踪剂进行化学或结构修饰以促进其附着于靶标（例如，细胞受体、粘附分子、活化标记物）；创建根据异常细胞功能、细胞代谢、线粒体功能、基因表达或大量其他细胞过程提取、保留或排除的新探针；以及创建仅由感兴趣的疾病相关过程（例如，蛋白酶活性）激活的示踪剂
关注几个关键领域，强调了分子成像对精准医学的潜在影响：
心肌炎和心肌炎症的发病原因多种多样，包括感染、原发性炎症和药物相关原因，每种原因都因炎症细胞参与者、趋化因子/细胞因子和补体激活而异。心肌炎成像目前依赖于心脏磁共振成像 (MRI)，包括 T1、T2 和细胞外容积 (ECV) 映射，或正电子发射断层扫描 (PET) 成像，包括非特异性探针，例如氟脱氧葡萄糖 (FDG)，在所示示例中，可用于评估对免疫抑制疗法的反应
针对特定免疫细胞类型、内皮细胞活化标志物（如内皮粘附分子）以及多种其他炎症、活化和凋亡标志物（包括细胞因子、细胞因子受体、活性氧 (ROS)、补体活化、炎症小体 (NLRP3) 活化等）的新型探针将为心肌炎成像（右）的未来发展提供机遇
分子医学使用设计精良的靶向成像探针，这些探针能够识别特定的病理分子或细胞类型。例如，在心血管疾病中，靶向探针可以用于检测动脉粥样硬化斑块中的炎症标志物 分子成像的一个潜在应用是，在早期和更易治疗的阶段识别出未来患上侵袭性动脉粥样硬化风险极高的患者 分子成像的第二个潜在作用是根据风险或成本效益比对晚期或已知动脉粥样硬化疾病患者进行分层，以便接受新兴疗法
传统上，疾病的分类主要基于临床表现，但分子成像揭示了许多疾病可以通过多种病理通路引起，这些通路可能单独或共同作用导致疾病，这些不同的病理过程无法通过传统的影像技术或生物标志物检测出来。 分子影像学有助于理解心肌梗死后的左心室重构过程，通过针对炎症细胞标记、基质金属蛋白酶活性等进行成像，揭示了不同病理生理机制对预后的影响。
在药物开发方面，分子影像学通过提供“虚拟活检”加速了药物研发的多个阶段： 临床前开发：学术和行业研究项目已开始使用分子成像进行表型筛选，以更好地了解病理生物学，希望找到新的“可用药”靶点。分子成像还可用于进一步评估疾病的时间模式，以了解如何或何时使用药物才能发挥最大效果。 分子成像也可用于临床前模型和 0 期试验，以表征药代动力学和药效学。 分子成像在未来有可能被用作心血管疾病药物审批的替代生物标志物。在癌症领域，分子成像已经在酪氨酸激酶受体抑制剂和免疫疗法的监管审批过程中被用作替代标志物
03 Comments
总结：
尽管分子成像在临床前研究和早期临床试验中展现了巨大的潜力，但其临床转化仍面临许多障碍: 缺乏合适的心血管疾病动物模型，以确保特定靶点或探针在人体中同样有效。 资金困难，特别是在大型动物模型、毒性/安全性研究、药代动力学/药效学研究以及人类概念验证等方面。 探针开发和适应的资源需求巨大，需要符合良好的生产规范，并提供足够的化学、制造和控制数据以支持临床试验 缺乏明确的FDA新药或设备研究指南，特别是对于示踪剂-靶点结合化合物。需要开发新的图像采集方案或动力学模型，以匹配新的探针 临床研究设计需要战略性规划，不仅要验证可行性，还要证明分子成像对治疗模式和结果的增量效益。
Lindner JR, Morello M. In Vivo Cardiovascular Molecular Imaging: Contributions to Precision Medicine and Drug Development. Circulation. 2024;150(23):1885-1897.
写在最后
1. 秉承“让医学科研有迹可循”的理念，我们搭建了“inHEART”为分享者提供一个传播全球心血管领域顶级研究进展的平台，为读者提供简约浓缩的学习资料；该平台核心成员为新一代心血管研究领域的一线科研人员。
2. 我们前期在“观科研”公众号、B站“开心doctor”、小红书“开心doctor”等平台上面也做了一些基础性的工作，发布了医学科研相关的推文以及视频，详细信息可扫描下方二维码订阅观看。
微信公众号的推送规则发生改变（不再按照时间顺序来显示），如果没有将“inHEART”设置为星标，你就可能错失里面的精彩推送。
—END—
图文：启观
审核：定观
编辑：启观
编审：往观
↓点击“阅读原文”可跳转至文章网页哦~
