МОЛЕКУЛЯРНАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ В МЕДИЦИНЕ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

ВВЕДЕНИЕ

Молекулярная визуализация — многодисциплинарная область знаний, расширяющая представления о болезньассоциированных изменениях молекулярных процессов в тканях (молекулярная патофизиология) методами молекулярной диагностики (Weissleder R., Mahmood U., 2001). На протяжении последних 5 лет в медицине широко развились методы молекулярной диагностики, активизировались также исследования роли высокоспециализированных контрастных соединений для молекулярной визуализации клеточных и генных мишеней (Herschman H.R., 2003; Massoud T.F., Gambhir S.S., 2003). Стратегия развития молекулярной визуализации патологических процессов включает четыре основные направления исследований: 1) поиск релевантных болезньассоциированных молекулярных мишеней; 2) анализ специфичности молекулярных мишеней (методами геномного, протеомного и метаболомного анализа расширять поиск аффинных лигандов, которые служат в качестве оптимальных белковых соединений для молекулярной визуализации патологических процессов); 3) совершенствование соответствующих технических систем молекулярной визуализации, обеспечивающих оптимальные условия пространственного разрешения изображений патологических очагов; 4) синтез соответствующих контрастных соединений, тропных к биомаркерным молекулярным мишеням, для осуществления молекулярной визуализации в условиях клиники. Этот аналитический обзор посвящен освещению указанных направлений.

МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Ядерная медицинская визуализация молекулярных изменений патологических процессов в тканях включает методы однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ) и позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ), которые отличаются высокой чувствительностью на фоне нелимитированной глубины пенетрации фактора, формирующего изображения, и широким спектром их клинического применения, а также — возможностями тестирования контраст-формирующих молекулярных соединений (зондов) в условиях клиники (табл. 1).

Для ПЭТ характерны дополнительные преимущества, связанные с возможностями осуществления количественного анализа и достижением более высокого пространственного разрешения по сравнению с ОФЭКТ. В то же время ограничения ПЭТ обусловлены высокими требованиями к методике ее проведения. Дополнительными ограничениями являются повышенная чувствительность пациентов к диагностической процедуре, а также низкая разрешающая способность метода (~5–10 мм), сравнимая с другими техническими системами формирования молекулярного изображения. Последнее ограничение удалось устранить с помощью комплексных, так называемых ядерно-томографических, систем молекулярной диагностики (ПЭТ+КТ и ОФЭКТ+КТ). Сегодня эти комплексные системы способны интегрировать молекулярные детали ПЭТ- и ОФЭКТ-визуализации с низким разрешением в анатомический формат КТ-изображений высокого разрешения, что имеет важное значение для молекулярной визуализации в условиях клиники (Massoud T.F., Gambhir S.S., 2003).

Магнитно-резонансная (МР) молекулярная визуализация отличается способностью МР-систем формировать молекулярное изображение патологических изменений в тканях и функциональные характеристики тканевых структур, основанные на регистрации плотности протонов (ядер водорода) методами перфузионного, диффузионного и биохимического контрастирования (Tempany C.M., Mc Neil B.J., 2001). Определены возможности регистрации молекулярного МР-изображения одновременно с анатомическими особенностями в пределах одного МР-среза. МР-изображение может быть оптимизировано соединением с рентгеноконтрастным компьютерно-томографическим форматом. МР-изображение также обеспечивается более значительной разрешающей способностью (<1 мм) и достаточной глубиной пенетрации (>10 см). Значительное число обеспечивающих молекулярную визуализацию парамагнитных (на основе гадолиния) и суперпарамагнитных (на основе окиси железа) контрастных соединений сегодня уже прошли различные стадии тестирования на предклиническом и клиническом этапах их применения (см. табл. 1). Низкая чувствительность молекул-мишеней к магнетизации — основной недостаток МР-молекулярной визуализации, который может быть частично устранен с помощью современных стратегий усиления детектируемых МР-сигналов, позволяющих создать достаточный контраст между молекулами-мишенями и окружающими их структурами (Jaffer F.A., Weissleder R., 2004).

Оптическая молекулярная визуализация — метод формирования изображения на уровне молекул с помощью детекции испускаемых ими фотонов света флуоресценции в ближней инфракрасной области электромагнитного спектра — NIRF (near-infrared fluorescence)-визуализация (Ntziachristos V. et al., 2002a). Хотя степень пенетрации фотонов в ткани является существенным фактором ограничения для всех оптических методов визуализации, возникающие при этом процессы ослабления светового потока и аутофлуоресценции минимизируются в пределах инфракрасного «окна», а глубина пропускания ограничена 10 см (Ntziachristos V. et al., 2002a). Преимущества методик флуоресцентной визуализации включают повышенную чувствительность молекул-мишеней к свету, высокое разрешение (достигаемое особенно в субмиллиметровом диапазоне электромагнитного спектра) при проведении эндоскопических исследований (Funovics N.A. et al., 2004) и оптимизации ряда сигнал-усиливающих стратегий (методических приемов) (Weissleder R., Ntziachristos V., 2003). В дополнение к этому оптическая молекулярная визуализация открывает перспективу сочетания возможностей оптической регистрации изображения молекул-мишеней с анатомическим КТ-форматом в условиях клиники.

NIRF-визуализация получила распространение при проведении ангиографических исследований сетчатки глаза, в сердечно-сосудистой хирургии, желудочно-кишечной эндоскопии, при использовании в качестве оптического зонда красителя (индоцианиновый голубой) или при выполнении методики естественной аутофлуоресценции клеточных структур (Jaffer F.A., Weissleder R., 2004). Применение специально разработанных катетеров обеспечило условия внутрисосудистой инфракрасной визуализации и позволило усовершенствовать методику оптической визуализации атеросклероза в клинике [http://www.infraredx.com/technology]. Ограничениями оптических методов формирования изображения также являются поверхностное отражение (начальный этап фотон-тканевого взаимодействия), светопоглощение крови и светорассеивание на границе раздела биологических сред. Эти ограничения частично устранимы с помощью повышения пропускной способности оптических (инфракрасных) «окон» и метода флуоресцентной молекулярной томографии (fluorescence molecular tomography/FMT), уже прошедшего предклинический этап своего развития (Ntziachristos V. et al., 2002b).

Ультразвуковая молекулярная визуализация основана на свойствах ультразвукового (УЗ) излучения, позволяющих обеспечивать высокое пространственное разрешение (<1 мм) и, аналогично МР-визуализации, одновременно регистрировать анатомические данные с изображением процессов, протекающих на молекулярном уровне (Lanza G.M., Wickline S.A., 2003). Ряд молекулярных контрастных агентов (зондов), предназначенных для формирования молекулярного УЗ-изображения, включают микровезикулы, липосомы, перфторуглеродные эмульсии (табл. 2) (Lanza G.M., Wickline S.A., 2003; Lindner J.R., 2004). Существенным ограничением применения УЗ-визуализации процессов молекулярного патогенеза заболеваний является относительно большой размер молекулярных УЗ-контрастных частиц (>250 нм), который может ограничивать их пенетрацию в ткани и лимитировать доступ к несосудистым мишеням (Lindner J.R., 2004).

МОЛЕКУЛЫМИШЕНИ И КОНТРАСТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Информация о состоянии биомаркерных молекул-мишеней, полученная в процессе молекулярной визуализации, позволяет отслеживать стадийность развития патологических процессов и их инициацию задолго до ее регистрации методами анатомической визуализации и лежит в основе понимания механизмов молекулярного патогенеза, а также особенностей роли молекул-мишеней в системе межмолекулярного взаимодействия в клетке. Так, специфические биомаркерные молекулы-мишени, являясь аффинными лигандами, могут быть идентифицированы методами молекулярной визуализации на основе применения синтетических контрастных меток, корреспондирующих изображение молекул-мишеней in vivo.

Сегодня создан целый ряд молекулярных контрастных агентов, действие которых направлено на улучшение молекулярных характеристик визуализации in vitro. Однако их эффективность in vivo еще далека от желаемой (Weissleder R., Mahmood V., 2001). При создании селективных молекулярных контрастных агентов используются современные методы протеомного анализа, в том числе такие, как химическая активация, регистрация конформационных изменений, мультивалентности или повышенной специфичности белков (Jaffer F.A., Weissleder R., 2004). С целью получения молекулярных зондов применяют также методы биоинформатики (Krawetz S.A., Womble D.D., 2003), высокоточного белкового скрининга и нанотехнологии (Conn M.P., 2003) с последующим проведением предклинических (оценка безопасности) и клинических исследований.

Потенциальные преимущества молекулярной визуализации включают возможности ранней и специфической диагностики заболеваний. Известно, что многие из созданных визуализирующих соединений отличаются высокой тропностью и специфичностью по отношению к биомаркерным молекулам-мишеням. Это позволяет проводить раннюю диагностику заболеваний с помощью стандартных контрастассоциированных методик (Weissleder R., 2002). Например, известно, что мелкие метастазы (<1 см), которые не удается обнаруживать с помощью КТ в стандартном анатомическом формате, могут быть выявлены с помощью контрастной молекулярной визуализации с применением MION (monocrystalline iron oxide nanoparticle) (Harisinghani M.G. et al., 2003). Вместе с другими биомаркерами и новыми методами молекулярной диагностики (ДНК-скрининг, протеомный и метаболомный анализ, определение молекулярных мишеней в плазме крови и других жидких средах организма) данные молекулярной визуализации могут быть использованы на этапах скрининга и диагностического контроля процесса рецидивирования, а также оценки эффективности программ медикаментозного лечения онкологических заболеваний.

Одним из «узких» мест при создании лекарственных препаратов является отсутствие объективного молекулярного визуализирующего контроля активности лекарств (Rudin M., Weissleder R., 2003). Присоединение радиометок к лекарственным соединениям или их предшественникам (по углероду-11, фтору-18) и последующее их введение в состав молекулярных конструкций (состоящих из контраст-визуализирующих агентов + молекул, мишеньассоциированных с лекарственными соединениями переносчиков (Залесский В.Н., Дынник О.Б., 2005)) позволило повысить их эффективность и биораспределение, а также создать новое направление в фармацевтике по разработке лекарственных средств (Aboagye E.O. et al., 2002; Ntziachristos V. et al., 2002a).

Развитие молекулярной визуализации в будущем будет способствовать выявлению молекулярных звеньев в патогенезе целого ряда заболеваний человека с помощью создания новых экспериментальных моделей и систем для его изучения. Например, in vivo молекулярная визуализация позволяет сегодня с молекулярно-клеточных позиций дать современное толкование многих патологических процессов, таких, как воспаление, ангиогенез, тромбогенез, апоптоз, а также подвижность лейкоцитов и стволовых клеток. Эти данные подробно проанализированы в ряде публикаций (Weissleder R., 2002; Залесский В.Н., Дынник О.Б., 2003; Стойка Р.С. и соавт., 2005; Blasberg R.G., Tjuvajev J.G., 2003; Massoud T.F., Gambhir S.S., 2003; Chondhury R.P. et al., 2004; Jaffer F.A., Weissleder R., 2004).

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КОНТРАСТНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ

Исследования в области молекулярной визуализации, проведенные на протяжении последних двух десятилетий, способствовали созданию серии потенциально эффективных контрастных соединений для молекулярной визуализации патологических процессов. В ряде областей медицины (кардиология, онкология, ревматология, неврология, инфекционные заболевания и др.) интерес к контрастным соединениям, широко используемым для ядерной медицинской визуализации, в последние годы повысился в связи с развитием комбинированных (ядерно-томографических) комплексов для медицинских целей. С другой стороны, совершенствование стратегий усиления индуцируемых сигналов в тканях также благоприятно повлияло на широкое использование современных визуализирующих систем (коронарной МРТ и оптической коронарной томографии) сверхвысокого разрешения (Jaffer F.A., Weissleder R., 2004). В связи с этим более подробного рассмотрения заслуживают технологии молекулярной визуализации процессов атеро- и канцерогенеза.

Кардиология

В настоящее время интенсивные поисковые исследования ведутся в области молекулярной визуализации атеросклероза. Обнаружение признаков высокого риска дестабилизации атеросклеротической поверхности артериальных сосудов (в виде картины нестабильности атеросклеротической бляшки) и оценка степени повышенного риска возникновения сердечно-сосудистой патологии являются важнейшими проблемами кардиологической науки (Naghavi M. et al., 2003; Стойка Р.С. и соавт., 2005). В этом контексте молекулярная визуализация может оказаться полезным инструментом исследования молекулярных звеньев патогенеза атеросклероза (Jaffer F.A., Weissleder R., 2004), включая локальное воспаление (Chen J. et al., 2002; Kelly K.A. et al., 2005), апоптоз (Залесский В.Н. и соавт., 2003; Kietselaer B.L. et al., 2004) и ангиогенез (Winter P.M. et al., 2003; Matter C.M. et al., 2004). Структурная трансформация фиброзной покрышки атеросклеротической бляшки, сопровождающаяся высоким риском возникновения ее разрыва, может быть успешно отслежена с помощью методов МРТ-, КТ- или внутрисосудистой ультразвуковой визуализации, что позволяет давать наиболее полную анатомическую характеристику бляшкоассоциированной атеросклеротической поверхности сосуда. Однако лишь молекулярная визуализация позволяет уточнить степень активности альтеративных процессов на атерогенной поверхности артериальных сосудов и обосновать реальный прогноз возможного развития осложнений атеросклероза.

Подробно изучена активация макрофагов в качестве клеточных эффекторов воспаления при атеросклерозе (Harisinghani M.G., Weissleder R., 2004), а их присутствие идентифицировано как предиктор высокого риска его развития (Naghavi M. et al., 2003). Поэтому непосредственная визуализация степени активности макрофагов является важным методом оценки степени локального воспаления при атеросклерозе. Установлено, что магнитные наночастицы (окись железа) связываются с макрофагами атеросклеротически измененной сосудистой стенки и преимущественно накапливаются в бляшках a. carotis (Kooi M.E. et al., 2003; Trivedi R.A. et al., 2004). В двух независимо выполненных исследованиях предшествующее МР-сканирование на фоне введения наночастиц при проведении каротидной эндартерэктомии позволило визуализировать участки локального воспаления в пределах атеросклеротической бляшки. Патогистологический контроль подтвердил данные МР-контрастной визуализации, что свидетельствовало о преимущественном снижении МР-сигналов в области бляшек по сравнению с окружающими структурами сосудистой стенки. Более тонкие механизмы атеросклеротического процесса были раскрыты при использовании методики магнитофлуоресценции (Kooi M.E. et al., 2003). Дальнейшие успехи в этой области ожидаются в случае применения молекулярных контрастных соединений, тропных к окисленным липопротеинам низкой плотности, активированным макрофагам, и молекулам клеточной адгезии-1 (VCAM-1) стенки сосудов (Trivedi R.A. et al., 2004).

Прижизненную визуализацию апоптоза эндотелиоцитов и гладкомышечных клеток стенки сосуда удалось осуществить методом радиоактивного мечения белка-аннексина (Залесский В.Н. и соавт., 2004). Оказалось, что выявление апоптотических клеток в участках атеросклероза может быть достигнуто с помощью модифицированной методики молекулярной визуализации (Naghavi M. et al., 2003). Применение радиомеченного аннексина А5 позволило оценить степень развития апоптоза у пациентов с инфарктом миокарда (Hofstra L. et al., 2000), а также в тканях трансплантата после пересадки сердца (Narula J. et al., 2001). Радиомеченный аннексин А5 вводили 4 пациентам с атеросклеротическим поражением a. carotis (Kietselaer B.L. et al., 2004). У 2 из них отмечено возобновление транзиторных ишемических атак и элевация аннексин А5-зависимого ядерного сигнала на фоне патогистологически подтвержденных процессов макрофагальной инфильтрации и развития внутрибляшечных геморрагий. У 2 других больных при отсутствии выраженных клинических проявлений не выявлено достоверных признаков аннексин А5-зависимой картины визуализации, а результаты патогистологического исследования свидетельствовали о достаточной степени стабильности атеросклеротического процесса (Kietselaer B.L. et al., 2004).

Визуализацию активности провоспалительных энзимов проводили методом NIRF. Наличие ферментов протеолиза в атеросклеротических бляшках, в частности — матриксных металлопротеиназ и катепсинов, свидетельствовало об альтерации фиброзной покрышки (Libby P., 2002). Прогрессирование разрушения (нарушения целостности) фиброзной покрышки, ее разрыв и последующий выход тромбогенных окисленных липидных субстанций в кровоток активировало факторы прокоагуляции с инициацией инфаркта миокарда (Libby P., 2002). В рамках вышеизложенных представлений отдельные протеазачувствительные визуализирующие контрастные агенты способствуют формированию оптимального изображения процесса протеолиза в тканях (Weissleder R., et al., 1999; Tung C.H. et al., 2000; Bremer C. et al., 2001) или детализации особенностей коагуляционного каскада при атеросклерозе (Jaffer F.A. et al., 2002). В сообщении J. Chen и соавторов (2002) отмечены возможности применения протеаза-(катепсин В)-активированного NIRF-зонда в качестве потенциального агента молекулярной визуализации. Это соединение способствует формированию минимума флуоресценции (свечения) структур, окружающих макрофаги. После катепсин В-медиированного расщепления зонда и выхода флуорохрома наружу NIRF-сигналы трансформируются в достаточно яркое свечение белковых структур (Weissleder R. et al., 1999). Этот принцип используют для визуализации макрофаг- и катепсин В-зависимых процессов локального воспаления в участках атеросклеротических поражений (Chen J. et al., 2002). При этом детектирование атеросклерозассоциированных NIRF-сигналов проводят с применением методики флуоресцентной молекулярной томографии (Ntziachristos V. et al., 2002b). Успешную активацию молекулярных зондов недавно удалось осуществить при использовании внутрисосудистой NIRF-ассоциированной катетеризации сердца (http://www.infraredx.com/technology; Jaffer F.A., Weissleder R., 2004).

Онкология

Скрининг пациентов с целью выявления злокачественных новообразований различной локализации, основанный на традиционных подходах — раннем выявлении предопухолевых и опухолевых состояний, а также процессов микрометастазирования, до настоящего времени существенно затруднен из-за низкой чувствительности и эффективности визуализирующих диагностических методик (Fletcher S.W., Elmore J.G., 2003; Walsh J.M., Terdimal J.P., 2003; Humphrey L.L. et al., 2004). Это способствовало инициации поиска специальных соединений для оптимизации процесса молекулярной визуализации опухолей в условиях клиники.

Первыми системами для оптимизации программ визуализации стали оптические системы диагностики высокого разрешения, среди которых NIRF-зондирование было использовано в сочетании с томографическим форматом (Ntziachristos V. et al., 2002a) или высоким пространственным разрешением эндоскопического изображения (Funovics N.A. et al., 2004). Многие NIRF-зонды были описаны в качестве идеальных опухольассоциированных маркерных флуоресцентных белковых молекул (Weissleder R. et al., 1999; Tung C.H. et al., 2000; Bremer C. et al., 2001; Kelly K. et al., 2004). Например, протеазы (катепсины), участвующие в процессах альтерации опухолевых и окружающих их клеток, послужили биомаркерными молекулами, оптимизирующими процесс визуализации опухолевых клеток (Weissleder R. et al., 1999; Joyce J.A. et al., 2004). В частности, катепсины, участвующие в формировании изображения на молекулярном уровне и активируемые NIRF-красителями, существенно повышали соотношение сигналов от опухолевого очага и от окружающих его здоровых тканей. В клинических условиях этот методический прием был успешно использован с целью молекулярной визуализации рака молочной железы (Ntziachristos V. et al., 2000), мышечной (Taroni P. et al., 2003) и нервной (Boas D.A. et al., 2004) ткани.

В ряде исследований подтверждена возможность применения молекулярной визуализации для верификации стадии опухолевого процесса. Так, в работе D. Lardinois и соавторов (2003) использовано комбинированное (ПЭТ+КТ) изображение в процессе скрининга микрометастазирования немелкоклеточного рака легких в терминальной стадии. ПЭТ-ассоциированный алгоритм процедуры молекулярной визуализации включал внутривенные инъекции больным [18F]флуоро-2-деокси-D-глюкозы (18F-2-fluoro-2-deoxyglucose [18F-FDG]) — радиомеченного аналога глюкозы, обладающего способностью накапливаться в тканях с высоким уровнем метаболизма (опухолевых или в участках локального воспаления). Авторы отмечали, что сочетанное (ПЭТ+КТ) сканирование дало возможность дополнительно выявить у 40% пациентов важные особенности развития процесса, уточняющие стадию развития опухоли, которые не были зарегистрированы при использовании каждого метода (ПЭТ или КТ) отдельно. Другой существенной особенностью применения молекулярной визуализации в онкологии явилась возможность мониторинга эффективности противоопухолевых препаратов (Gambhir S.S., 2002) на фоне контроля формирования процесса их противоопухолевой резистентности (West C.M. et al., 2004).

Еще одним способом усиления МР-изображения стало введение в лимфатическое русло монокристаллических зондов окиси железа с целью выявления степени распространенности метастатического процесса при раке предстательной железы. При этом удалось визуализировать микроочаги метастазов размером до 2 мм в диаметре (возможности стандартной методики МР-визуализации >8–10 мм в диаметре) (Harisinghani M.G. et al., 2003). Метод позволил значительно облегчить процесс детектирования макрофагальных мишеней в лимфатических узлах и повысить контрастность изображения на уровне опухоль/окружающие ткани благодаря усилению магнетизации опухолевых клеток. В данном исследовании продемонстрированы высокая чувствительность и специфичность (>95%) сочетанной методики молекулярной визуализации, что подтвердилось последующей хирургической ревизией лимфатических узлов, вовлеченных в опухолевый процесс (Harisinghani M.G. et al., 2003). Этот тип методики визуализации имел более высокую чувствительность при определении микрометастазов рака по сравнению с ПЭТ (Guller U. et al., 2003). В дальнейшем эта разновидность методики молекулярной визуализации была использована при планировании объемов оперативных вмешательств по поводу новообразований внутренних органов, а также для определения степени интенсивности программ лучевой терапии у больных онкологического профиля (Harisinghani M.G., Weissleder R., 2004).

В ряде современных исследований биомаркерные молекулы использованы в качестве конечных точек для проведения мониторинга эффективности противоопухолевых соединений. Например, формирование комбинированного ([18F]флуоро-2-деокси-D-глюкоза+ПЭТ)-изображения позволило успешно осуществить мониторинг эффективности применения противоопухолевого соединения (иматиниб) при злокачественных новообразованиях желудка (Van den Abbeele A.D., Badani R.D., 2002). Специально созданные репортерные молекулы (Залесский В.Н., Дынник О.Б., 2005) были использованы с целью визуализации молекул сигнальной трансдукции (киназ), а также для проведения мониторинга эффективности использования ингибиторов киназ в процессе генной терапии рака (Koehne G. et al., 2003).

Изучение процесса накопления наночастиц (Е-селектин, VCAM-1, avb3-интегрин и др.) во вновь образующихся клетках эндотелия в качестве молекул-мишеней позволило визуализировать процесс экспрессии специфических белков в сосудистой стенке. Рецептор-визуализирующие агенты ([индий-111]моноклональные антитела к рецепторам антиэпидермального фактора роста и др.) позволили оценить функциональное состояние рецепторного аппарата опухолевых клеток перед проведением противоопухолевой лекарственной терапии (Divgi C.R. et al., 1991; Burns H.D. et al., 1999; Smith-Jones P.M. et al., 2004).

И, наконец, целая серия исследований посвящена молекулярной визуализации индуцируемой лекарственными препаратами гибели опухолевых клеток, развивающейся согласно апоптотическому сценарию (Фильченков А.А., Залесский В.Н., 2003; Залесский В.Н. и соавт., 2004).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На протяжении уже ближайших нескольких лет, по-видимому, мы сможем стать свидетелями стремительного развития исследований по молекулярной визуализации в клинике внутренних болезней. Это позволит повысить интерес практических врачей к молекулярным основам патогенеза заболеваний. Значительный прогресс следует ожидать в создании мультимодальных наночастиц, усиливающих контрастность изображения, а также технических средств и алгоритмов оптимизации визуализации молекулярных процессов, что позволит повысить эффективность методов молекулярной терапии.

ЛИТЕРАТУРА

• Залесский В.Н., Дынник О.Б. (2003) Апоптоз-зависимая дисфункция эндотелия и атеросклероз. Кровообіг та гемостаз, 2: 22–28.
• Залесский В.Н., Дынник О.Б. (2005) Молекулярная медицина: трансформация процессов внутриклеточной релокализации фотосенсибилизаторов как резерв эффективности их фотоцитотоксического действия. Укр. мед. часопис, 1(45): 92–97.
• Залесский В.Н., Стаднюк Л.А., Великая Н.В. (2003) Апоптотический и аутофагический пути гибели клетки при гипертрофии и ремоделировании миокарда. Журн. АМН Украины, 9(4): 699–712.
• Залесский В.Н., Фильченков А.А., Дынник О.Б. (2004) Методы визуализации апоптоза. Журн. АМН Украины, 10(2): 326–338.
• Стойка Р.С., Фильченков А.А., Залесский В.Н. (2005) Цитокины и клетки-мишени в регуляторной системе атерогенеза. Успехи современной биологии, 123(1): 81–97.
• Фильченков А.А., Залесский В.Н. (2003) Прижизненная неинвазивная визуализация апоптоза: состояние и перспективы исследований. Медицинская визуализация, 3: 126–132.
• Aboagye E.O., Luthra S.K., Brady F. et al. (2002) Cancer Research UK procedures in manufacture and toxicology of radiotracers intended for pre-phase I positron emission tomography studies in cancer patients. Br. J. Cancer, 86(7): 1052–1056.
• Blasberg R.G., Tjuvajev J.G. (2003) Molecular-genetic imaging: current and future perspectives. J. Clin. Invest., 111(11): 1620–1629.
• Boas D.A., Dale A.M., Franceschini M.A. (2004) Diffuse optical imaging of brain activation: approaches to optimizing image sensitivity, resolution, and accuracy. Neuroimage, 23(Suppl. 1): 275–288.
• Bremer C., Tung C.H., Weissleder R. (2001) In vivo molecular target assessment of matrix metalloproteinase inhibiion. Nat. Med., 7: 743–748.
• Burns H.D., Hamill T.G., Eng W.S. et al. (1999) PET neuroreceptor imaging as a tool in drug discovery, research and development. Curr. Opin. Chem. Biol., 3: 388–394.
• Chen J., Tung C.H., Mahmood V. et al. (2002) In vivo imaging of proteolytic activity in atherosclerosis. Circulation, 105: 2766–2771.
• Chondhury R.P., Fuster V., Fayad Z.A. (2004) Molecular, cellular and functional imaging of atherothrombosis. Nat. Rev. Drug. Discov., 3: 913–925.
• Conn M.P. (Ed.). (2003) Handbook of Proteomic methods. Humana Press, Totowa, 485 p.
• Divgi C.R., Welt S., Kris M. et al. (1991) Phase 1 and imaging trial of indium 111 labeled anti-epidermal growth factor receptor monoclonal antibody 225 in patients with squamous cell lung carcinoma. J. Natl. Cancer Inst., 83: 97–104.
• Fletcher S.W., Elmore J.G. (2003) Mammographic screening for breast cancer. N. Engl. J. Med., 348: 1672–1680.
• Funovics N.A., Weissleder R., Mahmood V. (2004) Catheter-based in vivo imaging of enzyme activity and gene expression: feasibility study in mice. Radiology, 231: 659–666.
• Gambhir S.S. (2002) Molecular imaging of cancer with PET. Nat. Rev. Cancer, 2: 683–693.
• Guller U., Nitzsche E., Moch H., Zuber M. (2003) In positron emission tomography an accurate non-invasive alternative to sentinel lymph node biopsy in breast cancer patients? J. Natl. Cancer Inst., 95(14): 1040–1043.
• Harisinghani M.G., Barentsz J., Hahn P.F. et al. (2003) Noninvasive detection of clinically occult lymph-node metastases in prostate cancer. N. Engl. J. Med., 348(25): 2491–2499.
• Harisinghani M.G., Weissleder R. (2004) Sensitive noninvasive detection of lymph node metastases. Plos. Med., 1: 66–68.
• Herschman H.R. (2003) Molecular imaging: looking at problems, seeing solution. Science, 382(5645): 605–608.
• Hofstra L., Liem I.H., Dumont E.A. et al. (2000) Visualisation of cell death in vivo in patients with acute myocardial infarction. Lancet, 356: 209–212.
• Humphrey L.L., Tentsch S., Johnson M. (2004) Lung cancer screening with sputum cytologic examination, chest radiography, and computed tomography. Ann. Intern. Med., 140: 740–753.
• Jaffer F.A., Tung C.H., Gersztein R.E. (2002) In vivo imaging of thrombin activity in experimental thrombi with thrombin-sensitive near-infrared molecular probe. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 22: 1929–1935.
• Jaffer F.A., Weissleder R. (2004) Seeing within: molecular imaging of the cardiovascular system. Circ. Res., 94(4): 433–445.
• Joyce J.A., Baruch A., Chehade K. et al. (2004) Cathepsin cysteine proteases are effectors of invasive growth and angiogenesis during multistage tumorigenesis. Cancer Cell, 5(5): 443–453.
• Kelly K., Alencar H., Funovics M. et al. (2004) Detection of invasive colon cancer using a novel, targeted, library-derived fluorescent peptide. Cancer Res., 64(17): 6247–6251.
• Kelly K.A., Allport J.R., Tsourkas A. et al. (2005) Detection of vascular adhesion molecule-1 expression using a novel multimodal nanoparticle. Circ. Res., 96(3): 327–336.
• Kietselaer B.L., Reutelingsperger C.P., Heidendal G.A. et al. (2004) Noninvasive detection of plaque instability with use of radiolabeled annexin A5 in patients with carotid artery atherosclerosis. N. Engl. J. Med., 350(14): 1472–1473.
• Koehne G., Doubrovin M., Doubrovina E. et al. (2003) Serial in vivo imaging of the targeted migration of human HSV-TK-transduced antigen-specific lymphocytes. Nat. Biotechnol., 21: 405–413.
• Kooi M.E., Cappendijk V.C., Cleutjens K.B. (2003) Accumulation of ultra small superpara-magnetic particles of iron oxide in human atherosclerotic plaques can be detected by in vivo MRI. Circulation, 107: 2453–2458.
• Krawetz S.A., Womble D.D. (Eds.) (2003) Introduction to Bioinformatics. Humana Press, Totowa, 728 p.
• Lanza G.M., Wickline S.A. (2003) Targeted ultrasonic contrast agents for molecular imaging and therapy. Curr. Probl. Cardiol., 23: 625–653.
• Lardinois D., Weder W., Hang T.E. et al. (2003) Staging of non-small-cell lung cancer with integrated PET and CT. N. Engl. J. Med., 348: 2500–2507.
• Libby P. (2002) Inflammation in atherosclerosis. Nature, 420: 868–874.
• Lindner J.R. (2004) Microbubbles in medical imaging: current applications and future directions. Nat. Rev. Drug. Discov., 3: 527–532.
• Massoud T.F., Gambhir S.S. (2003) Molecular imaging in living subjects: seeing fundamental biological processes in a new light. Genes Dev., (17): 545–580 (http://www.genesdev.org/cgi/content/full/17/5/545).
• Matter C.M., Schuler P.K., Alessi P. et al. (2004) Molecular imaging of atherosclerotic plaques using a human antibody against the extra-domain B of fibronectin. Circ. Res., 95: 1225–1233.
• Naghavi M., Libby P., Falk E. et al. (2003) From vulnerable plaque to vulnerable patient: a call for new definitions and risk assessment strategies: part 1. Circulation, 108(14): 1664–1672 (http://circ.ahajournals.org/cgi/content/full/108/14/1664).
• Narula J., Acio E.R., Naryla N. et al. (2001) Annexin-V imaging for noninvasive detection of cardiac allograft rejection. Nat. Med., 7: 1347–1352.
• Ntziachristos V., Ripoll J., Weissleder R. (2002a) Would near-infrared fluorescence signals propagate through large human organs for clinical studies? Opt. Lett., 27(5): 333–335.
• Ntziachristos V., Tung C.H., Bremer C., Weissleder R. (2002b) Fluorescence molecular tomography resolves protease activity in vivo. Nort. Med., 8(7): 757–761.
• Ntziachristos V., Yodh A.G., Schnall M., Chance B. (2000) Concurrent MRI and diffuse optical tomography of breast after indocyanine green enhancement. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97(6): 2767–2772.
• Rudin M., Weissleder R. (2003) Molecular imaging in drug discovery and development. Nat. Rev. Drug. Discov., 2: 123–131.
• Smith-Jones P.M., Solit D.B., Akhurst T. et al. (2004) Imaging the pharmacodynamics of HER 2 degradation in response to Hsp 90 inhibitors. Nat. Biotechnol., 22: 701–706.
• Taroni P., Pifferi A., Torricelli A. et al. (2003) In vivo absorption and scattering spectroscopy of biological tissue. Photochem. Photobiol. Sci., 2: 124–129.
• Tempany C.M., Mc Neil B.J. (2001) Advances in biomedical imaging. JAMA, 285(5): 562–567.
• Trivedi R.A., U-King-Im J.M., Graves M.J. et al. (2004) In vivo detection of macrophages in human carotid atheroma: temporal dependence of ultrasmall superparamagnetic particles of iron oxide-enhanced MRI. Stroke, 35(7): 1631–1635.
• Tung C.H., Mahmood V., Bredow S. (2000) In vivo imaging of proteolytic enzyme activity using a novel molecular reporter. Cancer Res., 60: 4953–4958.
• Van den Abbeele A.D., Badani R.D. (2002) Use of positron emission tomography in oncology and its potential role to assess response to imatinib mesylate therapy in gastrointestinal stromal tumors. Eur. J. Cancer, 38(Suppl. 5): 60–65.
• Walsh J.M., Terdimal J.P. (2003) Colorectal cancer screening: scientific review. JAMA, 289: 1288–1296.
• Weissleder R. (2002) Scaling down imaging: molecular mapping of cancer in mice. Nat. Rev. Cancer, 2: 11–18.
• Weissleder R., Mahmood U. (2001) Molecular imaging. Radiology, 219(2): 316–333 (http://radiology.rsnajnls.org/cgi/content/full/219/2/316).
• Weissleder R., Ntziachristos V. (2003) Shedding light onto live molecular targets. Nat. Med., 9: 123–128 (http://www.nature.com/nm/journal/v9/n1/pdf/nm0103-123.pdf).
• Weissleder R., Tung C.H., Mahmood V., Bogdanov A. Jr (1999) In vivo imaging of tumors with protease-activated near-infrared fluorescence probes. Nat. Biotechnol., 17: 375–378.
• West C.M., Jones T., Price P. (2004) The potential of PET to study anticancer-drug resistance. Nat. Rev. Cancer, 4: 457–469.
• Winter P.M., Morawski A.M., Caruthers S.D. et al. (2003) Molecular imaging of angiogenesis in early-stage atherosclerosis with avb3–integrin-targeted nonoparticles. Circulation, 108: 2270–2274.

>МОЛЕКУЛЯРНА ВІЗУАЛІЗАЦІЯ В МЕДИЦИНІ. ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ

Залеський Вячеслав Миколайович, Динник Олег Борисович

Резюме. Молекулярна візуалізація — галузь медичних знань, що інтенсивно развивається та дозволяє інтегрувати пацієнт-специфічний і хворобо-специфічний молекулярний профіль у традиційний анатомічний формат зображення. Вона передбачає можливість неінвазивного чи напівінвазивного контролю процесів, що відбуваються на молекулярному рівні, стратифікації високого клінічного ризику, оптимального вибору лікувальних стратегій і сприяє підвищенню їх клінічної ефективності. В роботі зроблена перша спроба оцінити клінічну релевантність методів молекулярної візуалізації і проаналізовано можливості оптимізації отримання зображень молекулярних процесів у кардіології й онкології, актуальних проблем, що потребують подальшого вивчення.

Ключові слова:молекулярна візуалізація, кардіологія, онкологія

>MOLECULAR IMAGING IN MEDICINE. CURRENT STATE AND FUTURE PROSPECTS

Zalessky V N, Dynnyk Oleg B

Summary. Molecular imaging is an emerging field that aims to integrate patient-specific and disease-specific molecular information with traditional anatomical imaging readouts. This field may ultimately allow for noninvasive or minimally invasive molecular diagnostic capabilities, better clinical risk stratification, more optimal selection of disease therapy, and improved assessment of treatment efficacy. In this update we first provide an overview of clinically relevant molecular imaging technologies and imaging agents in cardiology and oncology — the problems that are of current importance and should be considered consequently.

Key words: molecular imaging, cardiology, oncology