多尺度“監控”疾病動態！中國學者首次提出“透明病理”新概念
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近日，浙江大學教授田梅和張宏受邀在《歐洲核醫學與分子影像雜志》在線發表了題為《透明病理：基于分子影像的病理學》的綜述文章，首次提出“透明病理”新概念。
該文章認為，基于分子影像特有的分子識別和分子示蹤優勢，通過微觀—介觀—宏觀多尺度的多模態分子影像與病理學的緊密融合，將機體各種生物特征通過無創影像方式進行系統性的全尺度“透明化”，不僅呈現疾病局部詳細信息，而且能夠評價在體疾病的病理生理改變，從而實現基于分子影像的病理學實踐新模式，進一步推動精準醫學的發展。
對此，美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）分子與醫學****理學系主任、美國科學院院士Michael Phelps認為，“‘透明病理’是一種基于分子影像的新理論，針對現代醫學瓶頸問題，創新提出了新理論和新策略，開啟了精準醫學和未來醫學新篇章。”
德國慕尼黑工業大學醫學院院長、德國科學院院士Markus Schwaiger評價稱，“透明病理”的理念是多年科研和臨床實踐經驗的總結，不僅高度概括了分子影像和病理的內在聯系，更是邁向精準醫學的重要一步。
病理學發展的挑戰
病理學是研究人體疾病發生原因、發生機制、發展規律的一門學科，在基礎醫學和臨床醫學之間發揮了橋梁作用。
該論文共同通訊作者張宏在接受《中國科學報》采訪時說，從最早的大體病理（組織器官的形態學改變）到近年來的分子病理（如原位雜交、空間轉錄測序），從肉眼鏡下觀察到基于切片成像技術的數字病理切片，病理學發展經歷了一個不斷微觀化、數字化的過程。
“隨著影像學，尤其是分子影像學的發展，許多組織、細胞和亞細胞水平的分子與生物學行為得以在活體中進行定性和定量。”論文共同通訊作者田梅進一步解釋說。
在一些研究中，圖像分析算法得出的切片評估結果，已經能夠與病理學家相媲美，并能實現組織成分的自動量化。
越來越多疾病的病理生理改變，能夠通過分子影像進行精準評價。
他們認為，臨床正在形成一套基于分子影像的病理生理可視化方法，并具備變革當前病理學實踐的巨大潛能。
張宏介紹，原來的病理學實踐是通過活檢或手術取出標本，再進行處理觀察分析，反映的只是所取組織的一些改變，對于全身情況的反映是不全面的或丟失的。
田梅告訴《中國科學報》，重大疾病往往是累及全身的系統性疾病，僅觀察局部腫瘤病灶對疾病的整體性評估有一定局限性，影響疾病的精準診治。
另外，由于病灶組織需要離體檢測，無法進行一些時空動態的觀察判斷。
“這些限制阻礙病理學的進一步發展。而通過與各種分子影像技術的結合，活體、時空動態、多尺度地評價病灶，無論對于精準評估疾病狀況還是臨床治療管理，都有重要推動作用。”
田梅認為，基于科學技術的進步和精準醫學發展的趨勢，病理學進一步的發展契機在病理與影像的結合上。
“我們希望通過‘透明病理’概念系統性地整合這種新的病理學實踐，讓更多病理學和分子影像領域的研究者相互合作完善這一體系，從而加速推動病理學與分子影像的學科融合發展，更好地服務精準醫學和科學研究。”張宏說。
分子影像的機遇
分子影像的目標是更加精確地從分子、細胞水平，在體無創反映人體病理生理的變化。
然而，“在實踐中，如何用分子影像技術刻畫解釋病理，是一個非常有挑戰性的工作。這包括如何克服影像信號的各種干擾因素，如何正確估計病理等。”瑞士伯爾尼大學核醫學系人工智能和轉化診療實驗室主任施匡宇說。
“對于不同尺度的分子影像方法，其實各有各的挑戰。而各自領域的技術革新，又為其帶來新的發展機遇。”張宏說。
田梅解釋道，比如，對于PET分子影像來說，它本身建立在分子識別和分子示蹤技術上，實現對生物的分子、代謝和功能狀態進行評價。
一些新的病理生理機制的發現、新型小分子化合物的鑒定，結合特異性的分子影像探針技術，能夠不斷實現對新型靶標的活體可視化。
但其不足之處在于空間分辨率較低，近年來也不斷有新的理論方法、成像設備、重建技術提升其分辨率。
對于微觀的光學方法來說，它有很高的空間分辨率，但是成像深度受到限制，所以有很多新的成像技術、成像窗口、重建方法的改進加深了其成像深度。
另外，通過多尺度分子影像的融合成像，也能從多角度對病灶進行解析，更精確地反映其病理生理改變。
論文作者、浙江大學醫學院附屬第二醫院王菁告訴《中國科學報》，挑戰與機遇并存的現狀有望改變并擴展病理學領域的實踐和應用模式，主要體現在：基于分子影像的病理學將能夠非侵入性地檢測生理和病理過程的時空動態變化；在全身水平提供高精度的診斷評價，根據疾病分期和生物學特征得出最合適的治療策略；克服取樣偏差和疾病異質性，從而對病灶進行更加細致的評估。
“但面向未來，如何整合并發展出一種超越于傳統病理活檢的無創、安全、特異、系統的病理生理檢查方法，病理學需要進一步發展新的理念，‘透明病理’概念由此提出。”張宏說。
新的整合模式
該團隊認為，基于多尺度分子影像的“透明病理”評價體系將利用各個層級的病理學結果開展驗證，能夠對影像結果進行更好的解釋，從而支撐研究從基礎到臨床的轉化。
“要獲取并提供全面的病理生理信息，就必須建立一個多層次、多角度的評價體系。”田梅說。
在“透明病理”評價系統中，多尺度成像可分為三個層次：以PET/CT為代表的兼顧宏觀空間尺度和微觀生化成像方法、以MRI為代表的介觀尺度成像方法和以光學成像為代表的微觀尺度成像方法。
“上述成像技術可以被用在不同維度可視化病理生理過程。然而，必須綜合各種方法、多尺度全面地呈現復雜的免疫組織化學信息。”張宏說，越來越多的多尺度成像系統正在出現。
由于每種模態的樣本在相同的條件下成像，大大簡化了模態間結構比較的任務。
集成的多尺度成像系統有助于將不同尺度的圖像關聯，便于在體病理評價。
“以‘透明病理’為基礎、結合臨床信息的綜合多尺度診斷系統，能夠為患者做出及時、準確的診斷，指導臨床醫生制定最佳的、個性化的治療方案。而建立與‘透明病理’相結合的診斷模型，將有助于臨床醫生進行超越目前病理學范圍的病理實踐。全面可視化的多尺度病理實踐模式將進一步推動我們走向精準醫學。”田梅說。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1007/s00259-021-05234-1
《中國科學報》 (2021-03-26 第3版 醫****健康)
編輯 | 宗華排版 | 郭剛
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