分子影像关键科学技术问题研究取得新进展

2010-11-19 09:33 来源: 中国科学院
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  由中科院自动化所田捷研究员牵头的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“分子影像关键科学技术问题的研究”取得新进展。科研人员们面向人类健康等国家重大战略需求,从分子影像的理论算法、计算平台、分子探针、成像系统、验证评价、生物应用等方面,多层次、多角度、全方位地开展了一系列的研究工作,研究成果显著。该项目联合了清华大学、南开大学、中国航天员科研训练中心、北京大学、中科院生物物理所、天津大学、中国医学科学院、中科院高能物理所、北京大学第一医院、北京大学肿瘤医院、复旦大学、西安电子科技大学、南京军区南京总医院、中国人民解放军第二军医大学等科研院所、高等学校和临床医院的研究力量。在理论算法方面,该项目深入研究了非匀质成像理论,提出了多种行之有效的重建算法,极大地提高了成像的速度、深度和精度,在国际主流期刊和高水平学术会议上发表关于理论算法的SCI论文100余篇,其中在领域顶级国际期刊Optics Express上连续发表论文24篇,形成了系列论文,相关研究成果得到了领域内国际同行的积极评价和多次引用。

  在计算平台方面,该项目研发了光学分子影像仿真平台MOSE、医学影像算法平台MITK和三维医学影像数据集成化处理平台3DMed,已向教育和研究机构提供免费下载。截至目前,MOSE已经有1100余次的下载量,MITK和3DMed的累计下载量已超过18000次,下载用户来自于30余个不同的国家和地区,500多家不同的单位。

  在分子探针方面,该项目发展了特异性分子探针的标记技术,研究了对特异性分子探针信号的放大和高灵敏探测方法,构建了一批光学成像探针和核素成像探针,在Angewandte Chemie International Edition, Small, Chemistry- A European Journal, Analytical Chemistry等国际著名杂志上发表了70余篇SCI论文,其中连续在Analytical Chemistry (SCI IF=5.214)上发表12篇分子探针的文章,形成系列论文。

  在成像系统方面,该项目构建了激发荧光成像系统、自发荧光成像系统、弥散光学成像系统、Micro-CT成像系统以及Micro-SPECT成像系统,对光学成像系统的灵敏度进行了检测,研发了具有自主知识产权的光学成像软件WinMI和Micro-CT成像软件,并成功地对自发荧光成像系统和 Micro-CT成像系统进行了技术转移。

  在验证评价方面,该项目建立了光学分子影像成像技术验证评价体系,提出了光学分子影像系统验证的定量化、归一化方法,确定了真实性、公认性的验证原则,提出并进行了从物理量到生物组织测量量的多层次量化比对验证,发展了用同一模型评价不同应用系统特点的验证模型,提出并编写了光学分子影像成像操作规范,形成的光学分子影像系统成像操作规范为实现分子影像仪器的科学化、产业化应用提供了重要指导意见。

  在生物应用方面,该项目开展了一系列在体生理病理和药效评价实验,实现了在脂肪细胞上实时检测GLUT4囊泡的上膜过程和在肿瘤细胞实时定量检测Smad3蛋白的表达及其与受体的相互作用,利用荧光标记分子影像技术在细胞和模型小鼠上对1000多个化学合成和天然来源的化合物或药物进行了筛选和作用机制的研究,发现了1个具有潜在开发价值的天然小分子化合物-柚皮素,已完成了临床前的成药性研究,探讨了肿瘤抑制基因TIP30、ASPP1/2以及细胞外间质蛋白骨桥蛋白在调控肿瘤转移中的作用及其作用机制,为肿瘤早期诊断和治疗提供了新的靶点,对于重大疾病的早期精确诊断和治疗具有重要的意义,相关成果发表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America、Journal of the National Cancer Institute、Hepatology、American Journal of Pathology、Cancer Research、Clinical Cancer Research、Human Pathology等国际权威期刊上。

  截止目前,该项目共发表学术论文745篇,其中SCI检索论文318篇,EI检索论文184篇,授权或申请发明专利132项,其中国际发明专利 8项,编写并出版学术专著4部。该项目关于光学分子影像成像方法和系统的研究荣获2010年度国家技术发明二等奖,已经通过评审委员会评审。研发的光学分子影像成像系统荣获2009年度第18届全国发明展览会金奖,并被世界知识产权组织评为WIPO国际最佳发明奖。