两大机构PNAS发最新成像技术

　　

生物通报道：来自德国慕尼黑工业大学生物和医学影像研究所和赫尔姆霍茨中心，以及美国麻省总医院哈佛医学院这两大机构的研究人员最近完成一项跨学科的研究，克服了之前靶向荧光探针成像方面的问题，发现了一种可以揭示活动物细胞和分子层次的变化的新技术。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

德国赫尔姆霍茨协会拥有15个科研中心，年预算为约23亿欧元，并拥有25700名员工，它是德国最大的科研联合体。主要致力于能源、地球和环境、健康、核心技术、物质结构以及交通和宇宙空间的研究。

而麻省总医院是美国历史最悠久的3所医院之一，在现代医学史上做出了突出的贡献。1846年，MGH划时代的将乙醚用于手术麻醉，从根本上促成了了外科的发展；1896年，MGH将诞生不久的X光技术应用于临床，同样这里也是应用PET（1970）和MRI（1979）的先驱；1925年，创立世界上最早的肿瘤门诊，并率先将质子束（1960）和光动力疗法（1974）应用于临床；1962年，MGH完成世界第一例断肢再植手术等等。

靶向荧光探针成像技术是一种能观测动物模型体内组织功能和疾病的有效技术，可以用于观察一种癌症的进展。这种技术已经被证明对于显示蛋白质、分子途径和区分健康及患病组织极为有用。之后发展而来的全动物和临床尺度的荧光断层成像技术为研究活体的整个器官和疾病发展提供了极大的前景。但是这项技术的临床使用受到了限制，因为光子和生物组织相互作用的时候光线会被散射，这从根本上模糊了重建后的图像并让重要的特征难以分辨。

在这篇文章中，研究人员利用来自高速脉冲激光源的最早到达因而被散射最少的光子（earliest-transmitted photons），从而减少了散射效应。为了验证这种技术的有效性，研究人员也应用这种“早期光子断层成像”技术显示小鼠的肺部肿瘤，他们在小鼠的肺部发现了肿瘤和邻近组织的变化，因而揭示出了活动物细胞和分子层次的变化。

这种方法比较于传统的方法能获得更为清晰有效的图像，并且可以取得不仅是初代肿瘤，而且周遍的组织的清晰的图像。这种图像的真实性证明这种方法能有效的解释活细胞分子水平和细胞水平发生的事件。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Early photon tomography allows fluorescence detection of lung carcinomas and disease progression in mice in vivo

Imaging of targeted fluorescent probes offers significant advantages for investigating disease and tissue function in animal models in vivo. Conversely, macroscopic tomographic imaging is challenging because of the high scatter of light in biological tissue and the ill-posed nature of the reconstruction mathematics. In this work, we use the earliest-transmitted photons through Lewis Lung Carcinoma bearing mice, thereby dramatically reducing the effect of tissue scattering. By using a fluorescent probe sensitive to cysteine proteases, the method yielded outstanding imaging performance compared with conventional approaches. Accurate visualization of biochemical abnormalities was achieved, not only in the primary tumor, but also in the surrounding tissue related to cancer progression and inflammatory response at the organ level. These findings were confirmed histologically and with ex vivo fluorescence microscopy. The imaging fidelity demonstrated underscores a method that can use a wide range of fluorescent probes to accurately visualize cellular- and molecular-level events in whole animals in vivo.