Появление молекулярной визуализации — еще одна веха в истории медицинской визуализации, и Министерство науки и технологий, Министерство здравоохранения и Национальный фонд естественных наук Китая придают большое значение исследованиям молекулярной медицины и молекулярной визуализации. Однако молекулярная визуализация, в конце концов, находится в зачаточном состоянии, и междисциплинарное сотрудничество, особенно междисциплинарная коммуникация и сотрудничество, крайне необходимы для содействия плавному развитию исследований в области молекулярной визуализации. Молекулярная визуализация — это наука о визуализации конкретных молекул на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях, отражающая изменения на молекулярном уровне в живом организме, а также качественное и количественное изучение их биологического поведения. Таким образом, молекулярная визуализация является продуктом объединения методов молекулярной биологии с современной медицинской визуализацией. В то время как классическая диагностическая визуализация (рентген, КТ, МРТ, УЗИ и т.д.) в основном показывает конечный эффект некоторых молекулярных изменений при анатомически измененных заболеваниях; молекулярная визуализация, путем разработки новых инструментов, реагентов и методов, позволяет выявлять аномалии на клеточном и молекулярном уровне в процессах заболевания, обнаруживая аномалии до того, как они будут анатомически изменены. Молекулярная визуализация — это мост между молекулярной биологией и клинической медициной путем разработки новых инструментов, реагентов и методов для обнаружения отклонений в процессах болезни на клеточном и молекулярном уровне, а также для обнаружения отклонений в отсутствие анатомических изменений при болезни. Известно, что завершение проекта «Геном человека» открывает возможности для индивидуализированных факторов риска/профилактики/медицинских вмешательств в ближайшем будущем. С появлением «омики», такой как (функциональная) геномика/протеомика, фармакогеномика и других достижений системной биологии, персонализированная медицина переходит от концептуальной к клинической. Молекулярная визуализация, которая обеспечивает неинвазивную/минимально инвазивную и воспроизводимую in vivo/количественную/в реальном времени/визуализированную молекулярную/генетическую информацию и даже информацию о мультимолекулярном взаимодействии, сегодня становится нормой. Эта уникальная и реалистичная информация о человеке является предпосылкой для индивидуализированной медицины. Молекулярная визуализация, важная часть диагностической гистологии, является не только важным техническим инструментом со многими преимуществами в фундаментальных исследованиях, но и станет важным мостом для перевода результатов фундаментальных исследований в клинические приложения, играя роль в соединении этой медицинской революции с будущей практикой медицины. Кроме того, с развитием многофункциональных наноматериалов молекулярная визуализация еще больше раздвинет границы между диагностикой и лечением. Достижения в области молекулярной визуализации дополняют таргетную терапию; молекулярная визуализация может решить многие из ключевых проблем, стоящих перед таргетной терапией, таких как оценка терапевтического эффекта на молекулярном уровне в режиме реального времени. Молекулярная визуализация также дает значительные преимущества в процессе разработки лекарств. Молекулярная визуализация станет еще одной вехой в профилактике заболеваний и оптимизации клинических вмешательств, играя ведущую роль в модели индивидуализированной медицины. Принципы молекулярной визуализации Молекулярная визуализация объединяет молекулярную биохимию, обработку данных, нанотехнологии и обработку изображений и в будущем сможет предоставлять действительно качественную, локализованную и количественную информацию для клинической диагностики благодаря высокой специфичности, чувствительности и высокому разрешению изображений. Таким образом, становится ясно, что молекулярная визуализация — это уже не одно технологическое изменение, а интеграция различных технологий. Существует три ключевых элемента молекулярной визуализации: первый — высокоспецифичные молекулярные зонды, второй — соответствующие методы усиления сигнала и третий — системы обнаружения, достаточно чувствительные для получения изображений высокого разрешения. Она объединяет генетическую информацию, биохимию и новые зонды для визуализации в человеческом теле, которые используются для маркировки исследуемой «мишени» (другой молекулы), усиления «мишени» с помощью технологии молекулярной визуализации, обнаружения ее с помощью сложных методов визуализации, а затем, посредством Ряд методов постобработки изображений используется для выявления биологических процессов на молекулярном и клеточном уровнях в живой ткани, что позволяет проводить субклиническую диагностику и лечение заболеваний. Трудности молекулярной визуализации Однако существует еще много неотложных вопросов, которые необходимо решить при создании технологической платформы молекулярной визуализации. Например, низкая чувствительность молекулярной МР-томографии; низкое пространственное разрешение методов ядерной медицины; высокий фоновый шум и низкое проникновение в ткани при оптической визуализации; иммуногенность и перенос зондов in vivo; интеграция данных и постобработка различных инструментов визуализации. Молекулярная визуализация уходит своими корнями в молекулярную/клеточную биологию и методы визуализации и химию, и ее развитие основано в первую очередь не на разработке аппаратных средств визуализации, а на достижениях молекулярной биологии и разработке зондов. Как развивающаяся дисциплина, молекулярная визуализация характеризуется междисциплинарным пересечением и интеграцией. Имея в основе вопросы науки о жизни, она опирается на разработки «основных энергетических дисциплин» и характеризуется междисциплинарным и многосторонним перекрестным сотрудничеством, а также технологической интеграцией и инновациями оборудования. Что касается основных элементов исследования молекулярной визуализации, то для широкого круга практиков клинической визуализации практически немыслимо проводить плодотворные исследования без разумной команды. Необходимость междисциплинарного сотрудничества в области молекулярной визуализации также обусловлена тем, что различные методы визуализации имеют свои преимущества и недостатки, различные трудности и поэтому часто требуют междисциплинарного и многостороннего пересечения и сотрудничества, что требует как от наук о жизни для формулирования актуальных проблем на молекулярном уровне, так и от физических, химических, био-цифровых и информационных дисциплин для разработки теорий и методов, адаптированных к исследованиям в области молекулярной визуализации и применяемых в данной области. В то же время необходимо внедрять современные передовые технологии нанонауки. Однако отсутствие междисциплинарного сотрудничества стало узким местом в развитии молекулярной визуализации, особенно отсутствие связи и сотрудничества со смежными дисциплинами, такими как биология, химия, физика, инженерия и вычислительная техника. Например, разработка и подготовка молекулярных зондов, их характеристика и анализ требуют тесного сотрудничества между специалистами в области биоинженерии, биохимии и других смежных дисциплин. Поэтому междисциплинарные эксперты должны сначала сесть вместе и найти цели, представляющие общий интерес. Подготовка талантов в области молекулярной визуализации Для того чтобы понять тенденции развития и особенности современной медицинской визуализации и способствовать развитию медицинской визуализации в Китае, подготовка талантов является ключевым фактором. Создание рациональной системы дисциплин медицинской визуализации и подготовка новых талантов в области медицинской визуализации в соответствии с потребностями развития этой дисциплины является первоочередной задачей. В различных областях активно продвигаются программы исследования молекулярной визуализации, которые являются не только превосходными исследовательскими платформами, но и важным способом перехода от фундаментальных исследований к клинической практике. Радиологи, в частности, незнакомы с этой зарождающейся междисциплинарной дисциплиной, и их структура знаний нуждается в обновлении. Высшее образование — это наследственная территория для обучения, но в современных учебниках по медицинской визуализации почти не рассматривается молекулярная визуализация. Необходимо разработать сопутствующие учебники, включающие основные принципы молекулярной визуализации, методы исследования, тенденции развития и достижения в области молекулярной визуализации в рамках базовой подготовки. В процессе обучения радиологов особое внимание следует уделять развитию «основных движущих сил» медицинской визуализации, таких как молекулярная биология, медицинская инженерия, синтетическая химия и информатика. Сосредоточиться на достижениях в области наук о жизни и играть активную роль в медицине визуализации. Существует острая необходимость в создании национальных академических институтов в области молекулярной визуализации. Сделать молекулярную визуализацию важной частью непрерывного образования и развивать обучение и обмен опытом в смежных специальностях. Обмен и сотрудничество с клиническими дисциплинами должны развиваться более широко и глубоко. Необходимо активно привлекать высококвалифицированный персонал соответствующих специальностей для участия в исследованиях молекулярной визуализации. Оценка молекулярной визуализации Ключевым вопросом в молекулярной визуализации является то, как объективно оценить эффекты доставки и экспрессии, особенно in vivo (у животных или людей). Существующие методы демонстрации экспрессии генов делятся на две основные категории: инвазивные и неинвазивные или минимально инвазивные. Если необходимо получить изображение специфических молекул или (и) генов in vivo, должны быть выполнены четыре необходимых условия: высокоаффинный зонд, который имеет разумное фармакокинетическое поведение in vivo; эти зонды могут проникать через биологические метаболические барьеры, такие как кровеносные сосуды, мезенхимальная ткань, клеточные мембраны и т.д.; химические или биологические методы усиления сигнала; чувствительные, быстрые и высокоразрешающие методы визуализации. Влияние молекулярной визуализации на медицину визуализации К настоящему времени развитие медицины визуализации постепенно сформировало 3 основных лагеря: классическая медицинская визуализация: в основном рентген, КТ, МРТ, ультразвуковая визуализация и т.д., показывающие анатомию человека и физиологические функции; интервенционная радиология как основной терапевтический лагерь; молекулярная визуализация: в основном МРТ, ПЭТ, оптическая визуализация и устройства визуализации мелких животных и т.д., которые могут быть использованы для визуализации на молекулярном уровне. Эти три понятия тесно связаны между собой. Эти три направления тесно связаны друг с другом, дополняя и взаимодействуя друг с другом, при этом интервенционная радиология является основой, так что целевой ген может более точно достичь целевого участка, а оборудование для молекулярной визуализации может непосредственно отображать терапевтический эффект и экспрессию генов. Поэтому молекулярная визуализация окажет большое влияние на развитие визуализирующей медицины, позволяя ей перейти от традиционного изучения анатомии и физиологических функций к визуализации на молекулярном уровне, чтобы исследовать изменения болезни на молекулярном уровне, что окажет глубокое влияние на формирование новой медицинской модели и здоровье человека. В любом случае, молекулярная визуализация все еще находится в зачаточном состоянии, и впереди еще долгий путь. Текущая работа — это только начало молекулярной медицины, и по мере углубления исследований патогенеза заболеваний все больше результатов исследований молекулярной медицины будут применяться для генетической диагностики и лечения клинических заболеваний, а междисциплинарное сотрудничество между молекулярной медициной и клинической практикой будет расширяться и укрепляться, чтобы способствовать здоровому развитию молекулярной визуализации посредством междисциплинарного взаимодействия. В этом случае факультет медицинской визуализации станет более открытым и будет стремиться к интеграции биохимии, биофизики, биоинженерии и медицинской визуализации.