小動(dòng)物活體多模態(tài)光聲超聲成像系統(tǒng)通過融合光學(xué)與超聲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)藥物靶點(diǎn)驗(yàn)證、藥效動(dòng)態(tài)評(píng)估、分布代謝追蹤及毒性無創(chuàng)監(jiān)測，為精準(zhǔn)藥物研發(fā)提供從分子機(jī)制到臨床前轉(zhuǎn)化的全鏈條技術(shù)支撐。
一、技術(shù)優(yōu)勢：突破傳統(tǒng)成像的局限性
1.多模態(tài)融合
光聲成像：利用光聲效應(yīng)，結(jié)合內(nèi)源性（如血紅蛋白）或外源性（如熒光染料、納米顆粒）造影劑，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)分辨率（如30μm）及數(shù)厘米穿透深度（如50mm），可量化血氧飽和度、血紅蛋白濃度等代謝標(biāo)志物。
超聲成像：高頻超聲探頭（如70MHz）提供高分辨率解剖結(jié)構(gòu)（如血管壁三層顯微結(jié)構(gòu)），彩色多普勒模式量化血流速度與方向，支持1mm以下微血管成像。
雙模態(tài)協(xié)同：光聲提供功能代謝信息（如血氧、代謝標(biāo)志物），超聲提供解剖結(jié)構(gòu)（如腫瘤邊界、血管分布），實(shí)現(xiàn)“功能-結(jié)構(gòu)”關(guān)聯(lián)分析，克服單一模態(tài)局限性（如光聲成像深度衰減、超聲成像對(duì)比度不足）。
2.動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測
系統(tǒng)支持50幀/秒的高時(shí)間分辨率，可實(shí)時(shí)追蹤藥物在體內(nèi)的分布、代謝及療效動(dòng)態(tài)變化（如血流灌注、免疫細(xì)胞遷移），滿足心血管、藥物遞送等研究的快速成像需求。
3.無創(chuàng)性與安全性
避免手術(shù)或侵入性操作，支持長期動(dòng)態(tài)觀測（如數(shù)周至數(shù)月），適用于特殊人群（如免疫缺陷模型）及重復(fù)給藥研究。
二、精準(zhǔn)藥物研發(fā)的核心應(yīng)用場景
1. 靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與驗(yàn)證
案例：利用基因測序篩選與疾病相關(guān)的靶點(diǎn)（如EGFR突變指導(dǎo)肺癌靶向藥開發(fā)），結(jié)合光聲成像監(jiān)測靶點(diǎn)表達(dá)變化。例如，通過標(biāo)記抗IL13Rα2抗體，追蹤其在腫瘤內(nèi)的分布及與靶點(diǎn)的結(jié)合效率，驗(yàn)證靶點(diǎn)有效性。
價(jià)值：多組學(xué)數(shù)據(jù)（如基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)）與光聲成像的整合，為靶點(diǎn)驗(yàn)證提供更全面的依據(jù)。
2. 藥效學(xué)評(píng)價(jià)
抗腫瘤藥物：
利用熒光素酶標(biāo)記腫瘤細(xì)胞，建立動(dòng)物模型，給藥后通過光聲成像觀測腫瘤光學(xué)信號(hào)變化，評(píng)估藥物療效。例如，評(píng)價(jià)索拉非尼和奧沙利鉑對(duì)肝癌小鼠模型的抗腫瘤效果，量化腫瘤體積及生物發(fā)光強(qiáng)度變化。
結(jié)合超聲成像監(jiān)測腫瘤體積及血流動(dòng)力學(xué)變化，綜合評(píng)估藥效。
免疫治療：
標(biāo)記免疫細(xì)胞（如T細(xì)胞）或細(xì)胞因子，實(shí)時(shí)追蹤其在腫瘤微環(huán)境中的遷移路徑及浸潤效率。例如，利用光聲染料標(biāo)記T細(xì)胞，結(jié)合超聲成像定位腫瘤區(qū)域，評(píng)估CAR-T療法對(duì)腫瘤的靶向作用。
3. 藥物分布與代謝研究
標(biāo)記追蹤：
利用熒光探針直接標(biāo)記藥物本身，通過光聲成像追蹤其在體內(nèi)的分布情況。例如，注射抗IL13Rα2-Ab-AF680后，監(jiān)測其在腫瘤、心臟等器官的攝取及代謝過程。
結(jié)合超聲成像提供解剖定位，量化藥物在靶組織的濃度及滯留時(shí)間。
納米載體研究：
評(píng)估納米藥物載體（如脂質(zhì)體、聚合物納米粒）的靶向性及釋放效率。例如，利用光聲成像監(jiān)測納米載體在腫瘤部位的富集及藥物釋放過程。
4. 藥物毒性評(píng)價(jià)
肝毒性監(jiān)測：
利用納米傳感器結(jié)合光聲成像，實(shí)時(shí)檢測藥物誘導(dǎo)的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）產(chǎn)生，評(píng)估肝毒性。例如，監(jiān)測對(duì)乙酰氨基酚（APAP）或異煙肼（INH）處理后小鼠肝臟的ROS/RNS活性變化，實(shí)現(xiàn)急性肝毒性的早期預(yù)警。
結(jié)合超聲成像觀察肝臟形態(tài)變化（如腫大、回聲異常），綜合評(píng)估毒性等級(jí)。
心臟毒性評(píng)估：
利用超聲成像監(jiān)測心臟功能參數(shù)（如射血分?jǐn)?shù)、心肌應(yīng)變），結(jié)合光聲成像檢測心肌代謝變化（如血氧飽和度），評(píng)估藥物對(duì)心臟的毒性影響。
三、未來發(fā)展方向：推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)療落地
1.技術(shù)優(yōu)化
開發(fā)近紅外二區(qū)（NIR-II）激光與多波長激發(fā)技術(shù)，提升深層組織成像分辨率。
結(jié)合人工智能算法，實(shí)現(xiàn)免疫細(xì)胞遷移軌跡的自動(dòng)識(shí)別與量化分析。
2.臨床轉(zhuǎn)化
推進(jìn)設(shè)備微型化設(shè)計(jì)，適配臨床需求（如新生兒腫瘤監(jiān)測）。
建立多中心數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議，促進(jìn)研究成果向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。
3.新興應(yīng)用探索
結(jié)合光遺傳學(xué)技術(shù)，調(diào)控免疫細(xì)胞活性并實(shí)時(shí)觀測行為變化。
拓展至腦科學(xué)領(lǐng)域，研究神經(jīng)-免疫交互作用與腫瘤腦轉(zhuǎn)移機(jī)制。
