谭蔚泓院士、张晓兵教授、杨黄浩教授等课题组综述——分子成像：设计机理及生物应用

分子成像是一种在分子水平上对细胞或体内功能生物分子的浓度和活性进行成像和分析的非侵入性方法，在深入了解生物过程、早期准确诊断疾病、评估治疗方案等方面发挥着越来越重要的作用。目前，研究者们已经开发出了多种新型分子成像探针，涉及各种生物医学成像方式，如光学成像、光声成像、磁共振成像、单光子发射计算机断层扫描、正电子发射断层扫描等。在过去的几十年里，分子成像技术已取得了较大的发展，在很大程度上推动了生物传感和生物成像在临床前和临床实践中的应用。尽管分子成像技术取得了令人振奋的进展，但毫无疑问，分子探针在未来的进一步发展仍面临许多挑战。

近日，中科院医学所/湖南大学谭蔚泓院士、湖南大学张晓兵教授、袁林教授、吕一帆副教授，福州大学杨黄浩教授、陈岚岚副教授和北京化工大学宋继彬教授等在SCIENCE CHINA Chemistry杂志上发表了题为“Molecular Imaging: Design Mechanism and Bioapplications”的综述文章，详细介绍了近年来用于分子成像的分子探针的标志性研究进程和最新进展，同时对该领域面临的挑战和未来发展方向进行了总结。

在本综述中，作者从分子探针的构建策略出发，阐述了识别型和响应型的分子探针设计策略，并分类总结了目前已报道的分子成像探针。同时，文章还介绍了不同类型的分子成像模式，包括荧光成像、光声成像、拉曼成像、MRI成像、SPECT/PET成像和多模态成像等。最后，作者重点介绍了分子探针的特性及其在细胞和活体内的生物医学成像应用，包括疾病诊断、药物示踪、成像引导手术等。此外，文章还系统地讨论了分子成像这一新兴领域的前景和挑战，包括需要开发更多高特异性、高灵敏度、高时空分辨率和良好的生物相容性的分子成像探针；推动人工智能（AI）技术与分子成像的高效结合；研发具有高便携性、低成本、易操作性的仪器设备用于辅助提升分子成像精准度，从而推动临床转化等。本工作为分子成像这一领域的未来发展指明了战略性方向。

详见：Lanlan Chen, Yifan Lyu et al., Molecular Imaging: Design Mechanism and Bioapplications. Sci. China Chem., https://doi.org/10.1007/s11426-022-1461-3。

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【作者简介】

谭蔚泓教授长期致力于分子医学、生物分析化学、化学生物学的前沿研究与临床应用。2005年当选美国AAAS Fellow，2015年当选中国科学院院士，2016年当选发展中国家科学院院士。担任《中国科学：化学》（中英文刊）副主编。

张晓兵教授长期从事高性能荧光探针构建与生物成像应用研究。现任中国化学会第三十届理事会理事、湖南省化学化工学会副理事长，并担任Chemosensors、《国家科学进展》的副主编，以及Spectrochim.Acta A、Sci. China Chem.、《化学学报》、《分析化学》等刊物编委。

杨黄浩教授长期从事新型光学探针与生物医学传感、生物成像分析领域的研究。担任Mater. Chem. Front.副主编，Sci. China Chem.、Chem. Biomed. Imaging、《分析化学》等刊物编委。

袁林教授分别于南华大学和湖南大学获得学士和博士学位，在新加坡国立大学化学系从事博士后研究。2012年至今，历任湖南大学助理教授、副教授、教授。主要从事小分子荧光探针及应用方向的研究。

陈岚岚，福州大学，副教授，博导。2015年博士毕业于南京大学化学专业。主要从事功能核酸探针与生物成像分析等领域的研究。

宋继彬，北京化工大学，教授、博导。2014年博士毕业于新加坡南洋理工大学（NTU），化学与生物医药工程专业。2014-2017年在美国国立卫生研究院（NIH）从事博士后研究工作，研究领域为分析化学、化学生物学等。目前主要研究方向为活体比率成像与分子测量、疾病诊疗新技术等；建立了基于二区比率光学（荧光和光声）成像的活体内分子定量检测新体系。

吕一帆，湖南大学化学化工学院副教授。研究方向包括DNA动态逻辑回路的仿生学应用、功能化DNA结构自组装的构建与生物学应用、生物分子的单分子荧光成像与运动分析、分子识别探针的构建与生物分析应用等。

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