纳米技术在医学成像中的应用

第14章 基于纳米技术的医学与生物医学成像诊断

1. 引言

过去十年开发的高分辨率成像技术能够实现对目标分子的可视化和定量分析。此外，这些成像技术在推动诊断和临床医学迈向新领域方面已取得显著进展。另一方面，纳米技术与成像技术相结合，可能为临床上复杂疾病状态生物学所面临的诸多挑战提供解决方案。纳米技术涉及通过从原子逐级构建，或通过精制和缩小大块材料至纳米颗粒的方法，在纳米尺度上整合材料[1]。纳米尺寸的优势在于其能够与细胞表面和细胞器上的生物分子发生相互作用。此类相互作用可能为疾病诊断提供广阔的应用前景。

新兴纳米技术用于诊断、药物递送和医疗器械 ISBN 978-0-323-42978-8, http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-323-42978-8.00014-0
©2017 Elsevier Inc. 保留所有权利。

355

本文档由 funstory.ai 的开源 PDF 翻译库 BabelDOC v0.5.10 (http://yadt.io) 翻译，本仓库正在积极的建设当中，欢迎 star 和关注。

以及癌症、炎症、传染病的治疗和血脑屏障的穿透性。生物（静态和动态）和理化屏障可能在临床前和临床阶段限制纳米技术的应用。金、氧化铁和脂质基纳米载体等纳米材料已在体内分布、逃避免疫系统网状内皮系统和药代动力学方面进行了广泛研究。共聚焦显微镜、荧光、X射线、放射性核素和正电子发射技术等成像技术已被应用。本章重点讨论利用荧光、磁性、电磁和放射性特性的纳米材料。这类纳米材料在引发广泛的生物分子相互作用方面的应用，有助于克服诊断和成像中的挑战。

2. 基于荧光的成像与诊断

荧光技术广泛应用于成像与诊断。其应用包括研究酶活性、识别肿瘤/癌细胞以及其他疾病。此外，荧光技术可用于研究线粒体和细胞核等细胞内细胞器的表型变化[2]。近期研究利用荧光染料实现细胞内靶向药物递送[3]。组织的结构组成复杂且非均质。为特定目标在组织内进行成像与诊断时，选择合适的荧光染料至关重要。例如，红细胞常被荧光染料标记以检测恶性疟原虫感染，该寄生虫是导致疟疾的原因[4]。共聚焦荧光显微镜已被用于诊断并区分感染的红细胞与正常红细胞。通过钙黄绿素荧光染料对体积和面积变化的响应，已实现了感染红细胞与未感染红细胞的区分（图14.1）。

基于荧光的原位杂交（又称FISH）是另一种最可靠、精确且非常敏感的技术。FISH技术旨在了解细胞遗传学异常、检测畸变以及在治疗期间进行疾病监测。它通常用于产前检测，以评估“唐氏综合征”[5]（即21三体）的发生风险。在此技术中，FISH会在细胞上产生三个明亮的彩色斑点，每个斑点代表一条21号染色体（图14.2）。通过研究羊水液中的细胞，可检测出超出扩展染色体分析分辨率的亚显微缺失。该技术有时应用于晚期妊娠的羊膜穿刺术中，以评估胎儿的发育情况。另一种快速FISH技术——快速FISH，已被开发用于研究与13、18、21、X、Y染色体及迪乔治综合征相关的异常，使用着丝粒评估探针和位点特异性识别性探针。快速FISH研究可能在不到2小时内即可确定染色体异常[6]。荧光探针已被用于评估罕见畸变。图14.3是位于11q基因区域的混合谱系白血病（MLL）罕见缺失的一个示例23[7]。此类突变可能是新生突变，也可能是治疗相关的血液系统疾病。在正常细胞中，荧光探针通常共定位并产生两个黄色融合信号。然而，MLL基因缺失则表现出一种特征性的

三色（红‐绿‐黄）融合信号模式（图14.3，左）。在这种情况下，FISH技术具有优势，可同时检测所有复发性异常和MLL基因缺失。图14.3显示了G显带中期（右）的MLL基因缺失。通过核型分析可检测到21号染色体和11号染色体的衍生染色体以及两条正常的11号染色体。另一方面，经FISH处理的细胞能够清晰地检测到上述情况（左），表现为每个目标染色体对应的荧光着色点。这些结果表明，FISH技术可以精确确定染色体畸变。此外，该技术有助于更深入、更好地理解中期细胞的潜在机制[7]（图14.3）。已有多种染料和荧光技术被开发用于研究

染色体畸变。例如，光谱核型分析和多重FISH已被用于对染色体进行独特的着色。然而，RX‐FISH是另一种需要跨物种颜色显带的染料[8]。

荧光技术的一个局限性是光漂白，这是由于荧光团的光化学破坏所致。光漂白会使荧光信号减弱，导致图像模糊和定量分析不准确[9]。通过正确选择中性密度滤光片并减少光照量，可以避免这一问题。超分辨率显微镜（又称纳米显微镜）有助于克服此类限制[10]。利用荧光可实现三维（3D）成像和活细胞成像，以研究细胞过程。光学、相机、荧光探针和算法有助于提高分辨率。

3. 生物成像中的纳米载体

纳米载体主要被探索作为靶向药物递送的系统/载体。此类载体主要被用作抗癌药物的输送工具。纳米载体的例子包括但不限于脂质体、纳米胶束、纳米颗粒、氧化铁以及金和碳基材料。这些递送系统可设计用于可控药物释放[11]。在接下来的章节中，我们将讨论重点放在成像与诊断中的无机和基于脂质的载体系 统上。

3.1 无机纳米材料

3.1.1 磁性纳米颗粒

磁性纳米颗粒、顺磁性对比剂（CAs）和超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIOs）已被用于多种软组织成像。SPIOs可进行尺寸定制和功能化，用于靶向成像。磁性纳米颗粒被认为是磁共振诊断示踪剂和疾病管理的优良选择[12]。磁共振成像（MRI）已用于软组织成像，特别是脑肿瘤的成像。对于个体化治疗，MRI常用于引导和监测治疗剂（包括抗体、多肽、适配体、基因或治疗剂）向靶组织的递送[13]。研究表明，氧化铁纳米颗粒通过增加氧化应激和人乳腺癌细胞中的DNA损伤，引发细胞毒性和基因毒性[14]。

3.1.2 金纳米颗粒

金纳米颗粒被用于类风湿关节炎的治疗，作为抗炎剂。另一方面，放射性金微粒则作为局部放射性同位素用于癌症治疗[14]。二氧化硅包覆的金纳米颗粒可同时向肿瘤细胞递送过量热量和活性药物，以实现更优疗效[15]。类似地，

(q23; q22)]，右侧箭头显示两条正常的11号染色体 以及衍生染色体11和21。同一中期细胞的混合谱系白血病断裂探针荧光原位杂交分析（左侧）， 显示两条正常的11号染色体（黄色，在印刷版本中为白色）、红色的der(21)信号以及衍生染色 体11（箭头所示）。)

负载钆的树状大分子包埋金纳米颗粒（Gd‐Au DENPs）包含金纳米颗粒和钆，二者被包裹在同一纳米颗粒载体系统中。这些双负载无机纳米颗粒可能有助于对肾脏、心脏、肝脏及其他生物系统进行磁共振（MR）和计算机断层扫描（CT）的联合成像[16]。已制备金纳米颗粒与X射线的组合，用于诱导肿瘤细胞的DNA损伤和细胞毒性。图14.4展示了模型肿瘤细胞，并说明了金纳米颗粒从核边界出发的平均位移。此外，可通过计算金的强度来映射细胞核的大小（图14.4），该强度与金颗粒电离导致DNA损伤的程度成正比。

3.1.3 二氧化硅纳米颗粒

二氧化硅（二氧化硅）纳米颗粒的表面特性（如几何形状和孔隙率）可被用于治疗学和诊断领域。二氧化硅纳米颗粒能够将亲水性药物递送至靶组织。然而，正在进行广泛的研究，以将二氧化硅纳米颗粒应用于诊断、治疗和成像目的。介孔二氧化硅纳米颗粒已被评估为可控药物递送系统和基因转染载体 fields. Silica nanoparticles can deliver hydrophilic drugs to target tissues. However, extensive research is currently being conducted to utilize silica nanoparticles for diagnostic, therapeutic, and imaging purposes. Mesoporous silica nanoparticles have been evaluated as controlled drug delivery system and gene transfection carriers[17]。针对体外靶向、治疗和成像，已有研究利用二氧化硅纳米颗粒递送疏水性药物[18e21]。图14.5 展示了封装了多种有机掺杂染料作为条形码标签的二氧化硅纳米颗粒。这些纳米颗粒通过多重信号实现荧光共振能量转移（FRET）fluorescence resonance energy transfer (FRET)。该技术在单波长激发下，可根据所封装有机染料的比例实现多色发射。FRET有助于理解复杂的生物信号系统[22]。美国食品药品监督管理局批准了首个使用多模态二氧化硅纳米颗粒（7纳米直径）的临床试验 first clinical trial with multimodal silica nanoparticles (7nm diameter). Such particles have a unique combination of biological, structural, and optical properties for tumor (melanoma) targeting[23]。

3.1.4 量子点

量子点（QDs）由具有高比表面积的半导体材料组成。QDs根据材料的价带和导带的大小发射荧光。根据结构和组成，存在不同类型的QDs。核型量子点由单一材料构成，而核壳型则由两种材料组成，其中一种材料的小区域嵌入另一种具有更宽带隙的材料中。合金量子点允许多组分调节。与用于生物医学分析的传统有机染料相比，QDs更亮，可发射全光谱，且降解程度极低[24]。研究表明，以碳量子点作为诊疗一体化纳米载体，可成功实现肺癌治疗中的基因递送[25]（图14.6）。QDs已被探索并

显示治疗 前后肺部的生物发光图像。(B) 两次吸入给药后7天，(C) 两次吸入给药后10天。气溶胶递送后， 与PBS相比，fc‐rPEI‐Cdots/混合siRNA纳米剂(D)可在肺部区域聚集(E)。)

已通过多学科应用得到证明。例如，石墨烯量子点（GQD）包含一种或多种碳纳米材料的横向尺寸片层。由于其光稳定性、低毒性和生物相容性，GQD适用于作为药物载体、生物传感器以及用于细胞成像[26e29]。类似地，fl由于神经元突起相对于正常细胞的非均匀产热，荧光已被用于人源神经元细胞系 SH‐SY5Y的温度传感[30]。

3.1.5 表面增强拉曼散射

表面增强拉曼散射（SERS）通常应用于生物研究和微分析中的激光束[31]。血液样本中少量的循环肿瘤细胞、RNA、核酸、脂质和蛋白质可通过SERS检测。癌症诊断和纳米级六角柱（NHCs）也可通过SERS进行诊断[32e36]。研究表明，带负电荷的银纳米级六角柱（NHCs）可用于SERS。该技术可检测癌症患者甲基化无细胞DNA的带正电荷组蛋白尾部[37]。除了银纳米级六角柱（NHCs）外，非晶态硅纳米材料也已用于基于SERS的生物传感应用[38]。SERS还通过放大拉曼信号强度实现单分子检测，使其适用于复杂体系中多重检测的多色成像。

分子研究[39e46]。由于具有高敏感性，该技术可用于早期检测和定量恶性疟原虫患者体内寄生虫血症水平的指标——血红素fi化（P. falciparum）[47]。表面增强空间偏移拉曼光谱已结合表面增强拉曼散射活性纳米颗粒使用。通过非侵入性、实时的神经化学物质光谱测量，可对颅骨进行活体成像[48]。

3.2 脂质纳米载体

3.2.1 钆纳米颗粒

载钆纳米颗粒（GdNPs）是最有前景的诊疗试剂。GdNP在诊断（分子成像）、治疗（分子治疗）以及单平台上的联合应用方面均具有巨大潜力。临床磁共振扫描利用造影剂（CAs），如钆。在质子磁共振中，基于钆（Gd3þ）的T1造影剂被用于缩短水的自旋‐晶格弛豫时间。此外，这些试剂可增强质子信号，使受影响的体素在T1‐加权图像中显得更“亮”。T1‐加权序列提供了更高的分辨率和信噪比。通过加快T1造影剂的纵向摩尔弛豫率（r1），可延长其旋转相关时间（sr，即造影剂在体相水中的翻滚时间）。已探索的高分子量钆基试剂包括钆功能化聚合物、肽两亲分子、病毒衣壳、树状大分子、脂质体、纳米颗粒、纳米胶束、沸石、富勒烯、碳纳米管、黏土和量子点[49e53]。这类钆配合物受限于细胞膜转位能力，不适合靶向应用。此外，钆基配合物的制备存在困难且重复性差[54]。迄今为止，仅有少数基于钆的智能磁共振探针被开发出来，可用于响应β‐半乳糖苷酶或髓过氧化物酶[55e59]。康等人开发了与双功能螯合剂结合的钆纳米颗粒（50‐60 nm），其中两种分别简写为Gd@SiO2‐DO3A和 Gd2SiO2‐DO2A‐BTA。体内研究表明，后者在SK‐HEP1、MDA‐MB‐231、HeLa和Hep‐3B等肿瘤细胞中表现出更强的细胞内摄取能力和细胞毒性[60]。

在另一项研究中，春等人展示了钆纳米颗粒的细胞内可控自组装[61]。这些纳米颗粒可作为智能分子磁共振造影剂。在另一项研究中，Li等人通过将活性吉西他滨代谢物（吉西他滨5‐单磷酸盐）与Gd(III)配位，构建了一种复合结构。该结构可自组装成纳米颗粒，并可用作诊疗一体化试剂[62]。这种组合表现出更强的T1对比信号，同时增强了在小鼠体内的滞留效果，并显著抑制了小鼠体内肿瘤的生长。

3.2.2 放射性标记纳米颗粒

放射性标记的纳米颗粒是一类具有长循环时间、高血浆稳定性，并在癌症和心血管疾病的早期诊断临床应用中具有巨大潜力的试剂。基于放射性示踪剂的成像技术生成用于靶向活体成像的单光子发射计算机断层扫描（SPECT）或正电子发射断层扫描（PET）。这两种技术均具有高敏感性、特异性，并可用于精确定量。相比之下，其他活体成像技术可能由于组织特异性穿透性[63]而应用受限。表14.1 总结了现有的高分辨率成像技术和它们的敏感性。另一方面，表14.2 总结了放射性核素的性质，例如半衰期和放射性核素发射的辐射类型。

3.2.3 放射性标记脂质体

用放射性同位素标记的脂质体具有穿透炎症和感染部位的优势。Dam等人记录了 99mTc标记的聚乙二醇（PEG）脂质体在感染和炎症的闪烁显像检测中的应用。这些脂质体利用了感染和炎症部位通透性增强的固有特性[64]。Li等人制备了靶向LOX‐1（低密度脂蛋白受体）的铟负载脂质体，以获取分子影像。

表14.1 用于获取解剖和分子探针成像的一些成像技术特征[63]

成像技术	分辨率	检测范围	分子敏感性	穿透性
PET	1–2 mm	0.3–1 毫米	10⁻¹¹ 到 10⁻¹²	ng
SPECT	1–3 毫米	30–500 毫米	10⁻⁶ 到 10⁻⁹	毫克到毫克
FMT	50–250 毫米	<5 厘米	10⁻³ 到 10⁻⁵	ng
MRI	25–150 毫米	无限深度	10⁻⁶ 到 10⁻⁹	毫克到毫克
X射线，CT	—	—	—	—

CT，计算机断层扫描；FMT，荧光分子断层成像；MRI，磁共振成像；PET，正电子发射断层扫描；SPECT，单光子发射计算机断层扫描。

表14.2 各种成像方式中使用的放射性核素的特性[63]

放射性核素示踪剂	辐射	半衰期	成像方式
F-18	正电子	1.83小时	PET
Cu	B, Y	12.7 h	PET/CT
Re	奥热，Y	16.9 h	SPECT/CT
碘‐123	奥热，Y	13.2 小时	PET/CT
In	Y	67.2 小时	PET/CT
Ga	Y, b	78.3 小时	SPECT
Tc	Y	6.0 小时	SPECT
碘‐131	8.0 天	PET/SPECT	—

CT，计算机断层扫描；PET，正电子发射断层扫描；SPECT，单光子发射计算机断层扫描。

在ApoE小鼠中动脉粥样硬化斑块的/特异性通过向小鼠注射包被非特异性IgG的脂质体来确认。这些对照脂质体在动脉粥样硬化斑块中未显示出任何可追踪的信号[65]。哈灵顿等人展示了 111In‐喷替酸或二乙烯三胺五乙酸（DTPA）标记的聚乙二醇化脂质体在癌症诊断中的应用。通过给予放射性标记的聚乙二醇化脂质体，对癌症患者进行闪烁扫描成像研究。有趣的是，结果表明脂质体在肿瘤中被摄取。此外，肿瘤图像与肿瘤体积之间已建立相关性[66]。在另一项研究中，张等人展示了铼‐N,N‐双(2‐巯乙基)N0 N0‐二乙二胺（BMEDA）标记的聚乙二醇化脂质体在小鼠结肠肿瘤模型中的生物分布[67]。然而，该研究存在正电子发射体半衰期短的局限性。为了克服此类局限性，彼得森及其团队展示了快速包封 64Cu负载的聚乙二醇化脂质体的技术。研究人员证明了 64Cu‐脂质体可用于健康与荷瘤小鼠的定量体内成像，结合正电子发射断层扫描（PET）。这种远程载药技术似乎是表征基于脂质体的纳米药物体内性能的有力工具。此外，该技术可能显著改善诊断并产生有效的治疗效果[68]。

3.2.4 放射性标记氧化铁纳米颗粒

氧化铁纳米颗粒的磁性使其成为磁共振成像、正电子发射断层扫描和单光子发射计算机断层扫描成像技术的理想候选材料[69e71]。李等人制备了放射性标记的氧化铁纳米颗粒，并将其与RGD肽（精氨酸、甘氨酸、天冬氨酸）结合，该肽经(1,4,7,10‐四氮杂环十二烷)‐1,4,7,10‐四乙酸（DOTA）（螯合剂）功能化，用于与铜标记 64Cu。携带人胶质母细胞瘤的小鼠在注射后4小时于肿瘤部位表现出最高摄取量。通过使用未结合的纳米颗粒阻断RGD受体特异性整合素，验证了该构建物的靶向特异性。

谢等人报道了一种包含PET/近红外荧光（NIRF）/MRI功能的氧化铁纳米颗粒的三功能模式。该研究记录了将 64Cu‐DOTA和Cy 5.5 CLIO（交联氧化铁纳米颗粒）注射到皮下移植U87MG荷瘤小鼠体内。三种成像模式均实现了肿瘤显影。然而，PET成像显示肌肉与肿瘤比值明显高于NIRF结果[73]。纳伦多夫等人研究了葡聚糖修饰的DTPA改性磁荧光20 nm纳米颗粒。这些携带 64Cu放射性核素的纳米颗粒被注射到ApoE/动脉粥样硬化小鼠体内。生物分布结果显示，与野生型小鼠相比，主动脉和颈动脉中的含量分别高出260%和392%[74]。在纳伦多夫等人的另一项研究中，使用氟‐18（F18）标记的靶向巨噬细胞的纳米颗粒进行 PET‐CT检测ApoE/小鼠诱导的腹主动脉瘤（AA）中的炎症。动脉瘤性主动脉节段的摄取量显著高于野生型主动脉。动脉粥样硬化含有巨噬细胞浸润的斑块filtration的PET信号低于AA。研究者还进行了离体成像以验证活体PET数据。此外，研究人员报告了F18‐标记的靶向巨噬细胞的CLIO纳米颗粒具有更高的摄取量。对于通过自动放射自显影和fluorescence reflective显微镜研究进行的离体成像，纳米颗粒被标记了近红外fluorochrome[75]。

3.2.5 金纳米颗粒

多项研究记录了金纳米颗粒在PET/CT成像中的应用[76e79]。这些颗粒被标记上正电子或伽马射线发射体等放射性试剂。该方法利用了PET的高灵敏度以及CT在定位上的准确性。莫拉莱斯‐阿维拉等人记录了99m锝标记的金纳米颗粒与RGD肽结合用于成像转移性肿瘤的有效性。这项在携带C6人胶质瘤的裸鼠中进行的非侵入性研究，展示了在成像肿瘤 αvb3 表达方面的高特异性[80]。整合素在肿瘤转移和血管生成中的作用已有文献记载。这种靶向特异性的方法可能成为肿瘤学家为癌症患者设计高效个体化治疗方案的潜在工具。

3.2.6 金纳米壳

金纳米壳（NS）是球形纳米颗粒，由介电核和金属壳组成。表面等离子体共振频率由核与金属壳的相对尺寸决定[81]。金纳米壳独特的尺寸、形状和光学特性使其成为癌症检测和治疗的理想候选材料。谢等人研究了一种放射性标记的金纳米壳。该结构被注射到患有头颈部鳞状细胞癌异种移植的裸鼠体内。PET/CT成像显示，在注射后20小时和40小时， 64Cu标记的纳米颗粒在肿瘤部位聚集。该结构使用PEG2k‐DOTA进行螯合Cu64和表面修饰，直径为174 nm，表面电荷为 −5 mV[82]。作者获得了高放射标记效率（81.3%）、稳定性（3小时）以及高分辨率PET图像[82]。

邵等人报道了I‐125标记的金纳米棒（NR）在关节炎诱导小鼠中的疗效。这些纳米棒与在关节炎疾病中过表达的抗细胞间黏附分子1抗体结合。金纳米棒的聚乙二醇化延长了其在体内的循环时间，从而导致在炎症关节处更高程度的聚集，产生更好的治疗效果[83]。

3.2.7 放射性标记纳米胶束

纳米胶束是由基于脂质或聚合物的两亲性分子组成的，包含疏水核心和亲水外壳。这些结构在超过某一特定浓度（称为临界胶束浓度[84]）时会自发形成。其物理性质胶束的化学性质可在其他地方找到[85]。张等人记录了通过单光子发射计算机断层扫描获得的肽偶联聚合物纳米胶束图像。该结构靶向一种称为 EPHB4受体的前列腺癌分子[86]。在另一项研究中，同一研究组制备了用I标记并带有吲哚菁Cy7类染料的膜联蛋白A5偶联纳米胶束，用于检测细胞凋亡。此类Cy7类染料具有近红外荧光特性，有助于获取光学图像。膜联蛋白A5可强效结合在凋亡早期阶段表达于细胞表面的磷脂酰丝氨酸残基。携带EL5淋巴瘤并接受抗淋巴瘤药物治疗的小鼠被注射了该膜联蛋白A5偶联构建物，并进行 SPECT和光学成像。作者报告称，与未治疗小鼠相比，药物治疗小鼠体内该构建物在肿瘤部位显著积聚，表明发生了早期细胞凋亡[87]。肖等人在U87MG荷瘤小鼠中开展的另一项研究报道了注射靶向αvβ3的多功能聚合物胶束的结果。这些颗粒由超支化两亲性嵌段共聚物制备而成，偶联了cRGD肽以实现靶向，铜‐64螯合剂—三氮杂环壬烷三乙酸（NOTA）用于标记和正电子发射断层成像，以及抗癌药物（阿霉素）。与对照组小鼠（预先给予阻断剂量的cRGD肽）相比，注射这些多功能纳米胶束的小鼠在肿瘤部位表现出更高的积聚，表明其具有αvβ3特异性[86]。

4. 光声与超声成像

光声成像能够以高空间分辨率提供实时变化。该技术结合了光学成像的对比度和光谱敏感性，以及超声波的分辨率和组织穿透能力。材料吸收光能后通过非辐射弛豫机制将其转化为热能。当材料受热时，由于其热弹性性质而发生膨胀，产生压力波。该压力波在其通过周围环境传播至表面的过程中有助于检测。光能转化为热能进而产生声波，因此被称为光声[88]。拜耳等人通过在结构上包覆无定形二氧化硅来调节金纳米棒（GNR），从而提高了其热稳定性和光声信号生成效率[89e91]。GNR的光吸收光谱可被调节至表现出不同的吸收波长，有助于通过多波长光声成像区分多种造影剂[91]。类似地，里奇等人展示了光声成像在唾液腺癌症可视化方面的潜在临床应用价值[92]。具有780 nm和830 nm峰值吸收波长的二氧化硅包覆金纳米棒（SIO2‐GNR）靶向表达两种受体EGFR和HER2的细胞。将与靶向特异性SIO2‐GNR孵育的细胞插入模拟组织中，并使用光声技术进行成像。作者报告称，与SIO2‐GNR靶向的细胞相比，其光声信号增强。

拜耳等人通过将SIO2‐GNR颗粒注射到过表达HER2和avb3受体的乳腺癌小鼠模型中，证明了光声技术在体内的有效性。研究人员结合光声成像与超声波技术，获得了肿瘤区域的高分辨率三维解剖图像。有趣的是，该研究通过血氧饱和度的功能光声成像来确定肿瘤生长情况。通过评估氧饱和度水平，该成熟技术可对肿瘤区域内的缺氧区域进行映射[88]。该成像系统有望提供有关预后和个体化治疗反应的独特信息。

阿加瓦尔等人制备了与肿瘤坏死因子（TNF‐α）抗体结合并用I125放射标记的金纳米棒，用于监测抗风湿药物递送。通过包含金纳米棒的一种造影剂，结合光声成像和核成像双模态技术，能够在原位捕获大鼠尾部深层和矿化组织关节的图像。该技术能够追踪低至10 pmol/L浓度的金纳米棒，且仅需最少5 μCi的放射标记量[77]。尚伯兰等人展示了利用光声断层成像（PAT）无创监测关节药物递送的过程[93]。将与抑制肿瘤坏死因子（依那西普）的分子结合的金纳米棒注射到小鼠关节内。对离体尾部关节进行PAT成像，以获取与金纳米棒结合的依那西普分子的图像。该系统能够在模拟组织中检测低至1 pmol/L、在生物样本中低至10pmol/L的浓度，并具有高空间分辨率和优异的信噪比[93]。表14.3总结了光声成像中使用的不同类型金纳米颗粒及其特性。

5. 结论

疾病诊断和分子成像对药理学家和药物递送科学家而言是具有挑战性的课题。纳米技术和成像技术的出现帮助我们更好地理解疾病预后，并实现有效治疗。成像技术已成为一项显著进步的科学。纳米技术与成像技术的结合提高了分子成像的特异性、准确性和敏感性。此外，这种结合正被应用于癌症及心脑疾病的诊断和治疗中。例如，氧化铁纳米颗粒与磁共振成像（MRI）的结合应用。为了提高选择性，研究人员已探索将靶向纳米载体与成像技术相结合。这些技术可用于负载治疗剂，从而改善疾病的诊断和治疗。在不久的将来，此类技术的结合可能带来更优、更具选择性和敏感性的治疗方法。