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分子影像学:一场悄然发生的医疗革命

2012/01/17 来源:中国生物技术信息网
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导读
分子影像在癌症早期诊断中的运用具有很明显的优势和特性,但它从实验室到临床的道路也并非坦途。成像设备和生物标志物,是分子影像学在实践中的两大工具,两者在技术和研究实验的水平是分子影像发挥最大化作用的关键点。

分子影像学:一场悄然发生的医疗革命

李丽的父亲患癌症去世了,她写下这样的日记:父亲59岁,身体不错很少生病,去年2月体检一切都很好,但从去年冬天开始偶尔咳嗽,当做感冒喝药治疗不见效果,直到过年期间出现咳血症状。父亲依然不在意,一直拖到3月12日,我和妈妈强行带父亲去医院检查,做胸部平扫CT,发现左肺门肿瘤并且已经出现淋巴转移。之后大量的化疗、尝试不同肿瘤药、缓解疼痛等手段,看起来并不能帮助父亲度过难关,但任何人都不想停止最后的努力,他在一天天消瘦中撑足2个月。

这样的片段基本代表了绝大多数癌症患者的命运。他们在身体出现病变征兆时往往已经接近癌症中后期,而个体差异会造成治疗效果不一,常常需要先尝试再检测效果。

事实上,实现个体化靶向性治疗一直是医疗领域的发展方向。医学影像是医生了解患者体内信息最直接的工具,历经百年,跟随分子生物学研究、基因组学、蛋白质组学及影像设备相关技术的进展,开始走向对生物活体内以细胞、基因或分子结构和功能的检测,而这正是靶向性治疗的基础。

换言之,细胞与细胞之间的沟通依靠其中一个细胞释放某种分子,另一个细胞接受到信息发生变化,这种特异分子信息的探测和分析,就是做出疾病诊断的依据。利用分子影像手段能够看到早期变化,在患者使用药物治疗后,一两个星期内可以进行再观察判断是否需要改变治疗方案,这就是另一个作用,指导治疗药物的选择。

“肿瘤细胞长得快一定代谢快,这是生物学特性,并且对糖分的吸收也比正常细胞多一倍以上。这样通过分子影像设备就可以检测用药后是否有效抑制癌细胞扩散。”GE医疗集团分子影像科学家赵周社解释说,“分子影像学是对癌症早期诊断和分期治疗最有价值的技术研究,既有效推进靶向性治疗也能够节省癌症医疗费用的浪费。”

硬件难题

分子影像在癌症早期诊断中的运用具有很明显的优势和特性,但它从实验室到临床的道路也并非坦途。成像设备和生物标志物,是分子影像学在实践中的两大工具,两者在技术和研究实验的水平是分子影像发挥最大化作用的关键点。

2001年,GE医疗在国内推出第一款将PET(正电子发射计算机断层扫描)和CT相结合的一体机,正是为了实现PET本身对分辨率的高要求。在单模式PET机应用中,GE医疗发现它具有发散型成像的特点,在检测中容易产生信号阻隔,利用CT的优势弥补这一缺陷使医生可以进行精确定位,看到患者的病灶具体部位。而在探测人体大脑等神经系统方面,MR(核磁共振)无疑是最佳助手,但难题在于制造PET-CT和MR一体机并不能将两者的优点协同起来。“我们发现PET-CT和MR真正结合时有两个很大困扰,一方面无法做衰减校正,另一方面功能兼容性上不能达到百分之百发挥其功用。技术上我们做出了PET-MR,但这并不成熟。”赵周社说,“没有一种模式的设备是万能的,未来更多的将多种模式相结合是挖掘PET价值的有效途径,也能解决PET在技术上的瓶颈。”

有了影像设备,医生可以看到患者体内以分子为单位的信息体的表达,但它们在传递什么信息、有什么差异还无法知晓,这时候就需要标志物做比照。在PET成像方面,18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖)可用于评估心脏、肺脏以及脑部的葡萄糖代谢状况。通过给患者静脉注射FDG,然后用PET去看患者体内分子活动差异就能判断出分子的表达信息。赵周社举例说:“比如怎么看肿瘤糖代谢高?拿来对肿瘤敏感度高的标志物,正常分子吸收少,不正常的吸收多,就能诊断出来了。”

目前,获得国家批准的生物标志物有12种,95%的临床诊断都使用18F-FDG,还有少数痰元素标记物。这些放射性药物都必须保证活性,有保质时限,最长是18F-FDG为2小时,13F-FDG属于半衰期标志物,仅能保存十分钟。因此,在引进分子影像设备的医院也有必要具备现场生产活性标志物的能力,这也需要大型生产设备。另一方面,现有的试用剂不是万能的,并非是诊断所有癌症的标记物,比如肺癌对FDG就非常不敏感,这就需要其他一些配套设备,比如医用回旋加速器,能够建立分子影像一体化解决方案,由此,医院能够更方便地进行分子影像示踪剂的研发。

行业变革

生命科学的每一次演进,都需要相当长的时间进行实验室研究和临床验证,但每一小步都足以推动医疗行业整个产业链向前迈出一大步。15年前的“放射科”是大医院安置在角落的科室;10年前,“放射科”变身“影像科”开始引入分子影像概念;5年前,不少国内三甲医院又将“影像科”扩充为“核医学科”。

由于分子影像学源于细胞生物学、分子生物学和影像技术学的结合,所涉及的领域大大超越传统临床知识结构下的影像学,而它除了被应用在癌症临床诊断和分期治疗中,更将对上游制药企业的新药研发产生革命性改变。

一直因研发周期过长而备受困扰的制药企业,通常需要耗上15年左右的时间、花费10亿~20亿美元开发一种新药,这其中还常常面临一个残酷现实:在早期临床实验阶段有超过99%的药物因不良反应无法通过。

而分子影像技术的引入,一方面能够为制药企业节约一半以上的经费和时间,另一方面也能够辅助其研发个体化治疗药物。赵周社表示,“药效不仅分人也分治疗阶段,所以用传统方式研发的药物对个体化治疗准确性并不完善。它也能为药监部门进行新药审批提供判断标准,而在最早提出分子影像概念的美国,国家药监局已经明确规定新药有效性必须经过分子影像的诊断。在临床领域,这项检查也被列在医保范畴内。”

这样的实践在中国也有明显趋势。目前,PET-CT中国装机量有200台,其中投入临床用于肿瘤早期诊断的有150台,50台来自企业采购,并且已经有湖南、黑龙江、苏州、大庆、江西几个省市将分子影像检测纳入医保范围。但同时,对于设备的购置国家采取集中采购的限制性方式。

另一方面,当下医保消费几乎都花在治疗上,而其中的70%~80%属于无效治疗。中国医疗行业目前的商业模式也基本是以疾病治疗为中心,不管是从改善健康水平的角度还是合理分配医保资源,整个医疗产业的趋势都会是往预防、早期治疗上转移。可以说,分子影像设备的到来将有可能移动中国医疗产业的重心。

不过,从国内出现第一台分子影像设备至今仅10年,它在帮助医生进行个性化诊断治疗等方面,仍需要至少5年左右的时间进行临床研究才能获得广泛认可。而且,一次只需10分钟的全身扫描需要支付的诊断费平均在1万元左右,如果没有医保体系支持,大多数普通患者不可能承受得了如此高昂的花费。而这又在一定程度上阻碍了分子影像设备的量产,其成本高于传统设备2~3倍,而且在短期内很难下降。

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