2015年第06讲+生物物理学前沿之分子成像.ppt

MolecularImaging第六讲分子成像技术分子影像学是医学影像技术和分子生物学、化学、物理学、放射医学、核医学以及计算机科学相结合的一门新的学科。分子成像是指活体内生物过程在细胞和分子水平上特征的显示，在分子水平上借助化学和生物制剂的作用以无创伤的方式使分子成像。临床前疾病的无创检查制订合适的的治疗方案指导治疗客观的评价治疗效果加速药物开发过程分子探针与体内特定研究目标结合定量地反映生物过程中分子水平上变化10.1荧光分子成像优点：灵敏度高，10～10mol/L快捷简便费用低相对高通量应用主要用于动物实验成像。细胞凋亡细胞凋亡2.标记病毒（1）病毒侵染用于观察病毒对机体的侵染过程。（2）基因治疗可应用荧光素酶基因作为报告基因用于载体的构建，观察目的基因是否能够在试验动物体内持续高效和组织特异性表达。nibbletavirusengineeredtoexpressagreenfluorescentprotein3.标记细菌（1）细菌侵染研究（2）抗生素药物4.基因表达和蛋白质相互作用荧光光谱能级跃迁示意图10.1.2荧光分子探针组成荧光团：决定探针的基本参数。识别基团：靶标分子特异结合。荧光探针的参数（1）斯托克斯位移：决定灵敏度和选择性发射波长吸收波长（2）吸收系数：度量光子吸收效率。（3）量子产率：反映物质将吸收光转化为荧光效率的参数，直接影响荧光强度。（4）荧光强度：检测的灵敏度。23荧光寿命分子的激发电子停留在激发态的平均时间。2.荧光探针的分类小分子荧光探针荧光蛋白探针量子点荧光探针双光子荧光探针（1）单光子小分子荧光探针应用范围金属离子、阴离子、活性氧、糖、核酸、酶、细胞器、生物膜等。检测金属离子的小分子荧光探针由配体和荧光团组成分类光致电子转移探针（PET）光致电荷转移探针（PCT）可检测的离子KNaMgCaZn检测阴离子的小分子荧光探针生物体中大多数酶以阴离子为底物或辅因子。例子：卤素离子探针Cl离子在细胞调控、吸收、分泌过程中起到重要的作用，目前使用6-甲氧基喹啉荧光团探针检测。例子：卤素离子探针Cl离子在细胞调控、吸收、分泌过程中起到重要的作用，目前使用6-甲氧基喹啉荧光团探针检测。检测活性氧的小分子荧光探针活性氧是含氧原子的活性分子，包括氧离子、过氧化物、自由基等。探针检测酶活的小分子荧光探针FRET探针（1-10nm）用于细胞结构成像的小分子探针细胞器识别基团+荧光团（2）绿色荧光蛋白水母中发现，在蓝色波长范围的光激发下，发出绿色荧光。238个氨基酸组成，11个β折叠围绕1个α螺旋形成桶状结构，结构使其稳定。Ex=395nmEm=508nmGFP的优点荧光强稳定检测方便可承受热、碱、长时间光照荧光团不需辅因子和底物参与livecellrealtimeD.荧光共振能量传递（FRET）E.作为生物传感器GFP对pH和离子敏感，用于检测细胞的pH和离子浓度。海葵、珊瑚虫的荧光蛋白（3）量子点荧光探针量子点，又可称为纳米晶，是一种由II－VI族或III－V族元素组成的溶于水的无机纳米颗粒。直径一般介于1～10nm之间，电子和空穴被量子限域，受激后可以发射荧光。用途活细胞成像肿瘤靶向治疗疾病诊断量子点荧光探针有成千上万个原子构成，通过控制条件实现对直径、性状和结构的调控。量子点的紫外可见光谱有很多能级态，允许单一波长的光同时激发多颜色的量子点。荧光量子点与生物目标的连接方式量子点荧光探针优点激发波长范围宽，同一波长可以激发不同大小的量子点；量子点的发射波长可以通过调节量子点的大小和组成来改变；高亮度、稳定的发射荧光；激发态的寿命较长（20-50ns）；灵敏度高。激光共聚焦显微镜研究量子点标记的细胞骨架52分子马达又称纳米马达,是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的纳米系统。美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备--“纳米直升机”。其中的生物分子组件将人体的生物"燃料"ATP转化为机械能量，使得金属推进器的运转速率达到每秒8圈。荧光量子点成功用于血管和淋巴结成像量子点荧光探针用于肿瘤研究待解决的问题量子点生物毒性，CdSe在紫外长时间照射能释放Cd。（4）双光子荧光探针双光子过程是长波激发短波发射，其吸收过程有着高度的三维空间选择性和高穿透性。可同时吸收2个长波长的光子。Ex=600-900nm：该波段的光穿透性好，背景光干扰小，光毒性也较小。氧化铁通过吞噬和胞引作用被细胞吸收a图为未使用造影剂所得图像，b图为使用造影剂Mn-DPDP1h后所得图像，其成像图明确显示出肿瘤的大小和位置。分子成像探针一、概述二、分子探针与成像靶点结合的基础三、亲和组件的高通量筛选四、常见的分子成像探针（一）探针2个特征（二）常见类型常见类型（三）一般设计要求（四）一般设计