跨尺度光声分子成像分型诊断脑胶质瘤及其高分辨率可视化

Gliomas are the most common primary malignant tumors in the brain. Accurate diagnosis and hierarchical classification are of great significance in determining their therapeutic strategies and prognosis, but which still remains a great challenge because of tumor heterogeneity. The occurrence and development of gliomas involve abnormalities of molecular networks, which are usually critical components in signal transduction pathways. Therefore, the dynamic visualization of key molecules can more accurately reflect the heterogeneity of glioma. Photoacoustic imaging is a new type of biomedical imaging technology that combines the advantages of high resolution, high speed, and non-invasive imaging to provide information on tumor structure, function, and metabolism. Our project focuses on the key scientific issues of “how to achieve functional heterogeneity classification of gliomas under the guidance of photoacoustic molecular imaging”, which is expected to provide a reference for solving the two major clinical issues “inaccurate resection” and “easy recurrence” of gliomas. Based on our preliminary work, we intend to develop specific photoacoustic imaging probes, apply them for high-resolution and panoramic tracing of different key molecules in the progression of glioma by multiscale photoacoustic imaging technology, further analyze and extract relevant features from the images acquired. Finally, spatial and temporal heterogeneity of glioma will be accurately depicted to realize its functional classification and precise treatment guidance.

脑胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，精确诊断和分级分型对其治疗方案的确定及预后的判断意义重大，但肿瘤异质性的存在却为此带来了极大的挑战。脑胶质瘤的发生、发展涉及多分子网络异常，它们通常属于信号转导通路中的重要成分。因此，针对关键分子动态可视化更能准确地反映脑胶质瘤的异质性。光声成像是一种新型生物医学成像技术，具备高分辨率、高速、无损成像的优势，可提供肿瘤结构、功能及代谢等相关信息。本项目重点围绕“如何实现光声分子影像指导下的脑胶质瘤异质性功能分型”这一关键科学问题开展研究，有望为解决临床脑胶质瘤的“无法精准切除”和“易复发性”两大难题提供参考。基于前期工作，我们拟研制靶向不同关键分子的特异性新型光声影像探针，利用跨尺度光声成像技术，对脑胶质瘤演进过程中关键分子进行高分辨、全视角的示踪并进行图像特征信息提取，精准阐明脑胶质瘤时空异质性，从而实现其影像学上的功能分级分型及精准治疗指导。

脑胶质瘤是颅内最常见的原发性恶性肿瘤，精确诊断和分级分型对其治疗方案的确定及预后的判断意义重大，但肿瘤异质性的存在却为此带来了极大的挑战。脑胶质瘤的发生、发展涉及多分子网络异常，它们通常属于信号转导通路中的重要成分。因此，针对关键分子动态可视化更能准确地反映脑胶质瘤的异质性。光声成像是一种新型生物医学成像技术，具备高分辨率、高速、无损成像的优势，可提供肿瘤结构、功能及代谢等相关信息。本项目重点围绕“如何实现光声分子影像指导下的脑胶质瘤异质性功能分型”这一关键科学问题开展研究，有望为解决临床脑胶质瘤的“无法精准切除”和“易复发性”两大难题提供参考。我们成功完成了项目申请书中的研究工作，并在原有工作基础上验证了自主搭建的跨尺度光声成像设备用于活体成像的可行性。并且运用跨尺度光声成像系统及改良后的分子探针，可视化了整个肿瘤模型的分级分型演化过程，获取了相关的分子影像学信息、组织特征信息。开展以了以光声成像技术为基础的高分辨率多模态成像新方法研究，从分子、细胞、新生微血管和代谢等层面进行侦测，实现了对脑胶质瘤的早期诊断、边界界定和诊疗一体化，本研究对提高术后生存率具有重大科学意义。进一步将全部光声分子影像信息与组织、分子表型信息进行了相关性分析，建立了可评估脑胶质瘤异质性和肿瘤微环境的新型分子影像功能分型指标体系，成功将其应用于脑胶质瘤边界界定、手术切除以及预后评估。