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1 成果簡介熒光與核素在體小動物成像系統是在國家 863 計劃的支持下研制的世界首臺小動物在體（活體）分子成像系統。該系統具有同時實現熒光斷層成像與正電子發射斷層成像(PET)的雙模式信息融合分子影像檢測功能，可以以 3D 方式顯示活動物體內任何位置的特定細胞和分子事件。在該系統中，發展了旋轉掃描式動物在體全景成像檢測技術和斷層掃描三維重建技術，有效解決了伽瑪光子信息采集與熒光圖像獲取相互干擾的難題，同時提高了熒光的檢測深度；通過研發的光子漫射理論逆向算法，提高在體檢測的空間分辨率和空間定位精度，結合 PET 深層透視的優點，可以 3D 方式顯示活動物體內任何位置的特定細胞和分子事件。目前擁有 12 項專利。 該平臺采用熒光和核素雙模標記的檢測方法和技術，研究者可以在一次實驗活動中同時獲取熒光、 PET 及雙模融合的多種數據，并進行分析，從而可以更好更為全面地理解疾病產生的機理，研究藥物的作用機制，也可以分析疾病耐藥的發生過程，以及藥效的持續時間等。研究人員能夠使用該系統實時監測活體動物內部器官、組織與細胞、基因蛋白分子等不同層面的動態變化信息，開展在體水平的生命科學與醫學科研和應用研究工作。例如，研究腫瘤和癌細胞在體生長、分化、凋亡、轉移、擴善，藥物在細胞、組織、器官層面的輸送、擴散、代謝與定點釋放，藥物作用下體內腫瘤或癌細胞的生長、凋亡變化，以及與各種疾病相關的分子、細胞、組織的動態變化情況。 （ 1） 腫瘤小鼠熒光圖像 （ 2）熒光與 PET 斷層圖像 上圖 熒光與 PET 雙模成像 系統特點：熒光與 PET 同時雙模成像；動物在體 360゜全景無遮擋掃描成像；支持常規熒光或 PET 成像，也可以采集雙模數據；熒光活體成像超越常規的淺表成像，支持 FMT 及小動物深度組織的成像。2 應用說明應用領域：藥物研發和篩選；病理機理與病毒研究；新一代分子影像藥物研發；藥物代謝過程， 基因治療效果及藥效評價。

近年來我國核電發展迅速，已有大亞灣、嶺澳、秦山、田灣、福清、陽江、寧德、方家山、紅沿河、防城港和昌江等 11 個濱海核電廠的 34 臺機組投入商運，還有海陽、石島灣、三門、臺山等濱海核電廠的 22 臺機組在建，核電濱海式布局已經形成。我國濱海地區泥沙構成在世界上最復雜，泥沙運動強度又大，占世界 5%的水量輸運了 30%的泥沙，泥沙與核素的耦合關系復雜難解，影響到泥沙、核素、溫排水的準確分布和核電工程的安全與環境安全。因此研究泥沙、核素、溫排水耦合輸移是確保核電工程安全和環境安全的關鍵技術，決定了核電工程立項和設計的可行性。該項目組在國家自然科學基金和核電企業的資助下，經多年研究和實踐，取得如下創新成果：一是構建了全三維水沙兩相流變密度湍流模型，解決了螺旋流輸沙等真實三維水沙計算難題；提出了工程泥沙計算的斜對角笛卡爾坐標方法，克服了河口及海岸工程大尺度泥沙計算中復雜邊界的困難。該技術全面提升了水沙模擬的準確性和可靠性，是解決核電工程取、排水口頭部、取水泵房內部泥沙沖淤的關鍵，為核電工程的安全運行提供了保障。二是首次提出了包含泥沙顆粒表面形貌信息的數學泥沙概念，基于數學泥沙確定了泥沙顆粒表面非均勻電荷分布規律，量化了核素與泥沙表面形貌之間微觀作用機制，建立了泥沙輸移和床面變形過程中核素遷移轉化的物理‐化學過程模式，使水‐沙‐核素‐床面之間的靜態模型變為動態模型，該技術大幅提升了核素在海域分布和積累模擬結果極值包絡范圍的合理性，給出了保護環境敏感區域和生態紅線的設定方法。為核電工程環境安全設定閾值和條件提供了保障。三是提出了采用比尺模型分析物理模型試驗比尺和變態率的研究方法，使物理模型試驗比尺和變態率的取值更加合理且具有可操作性；揭示出模型試驗中水動力垂向和橫向速度誤差遠大于縱向速度誤差的規律；提出基于不同海域岸線、地形、潮動力特性及環境保護目標要求等綜合因素的遠排差位式、交錯分列式和混合式等核電工程取排水工程布置原則，保證了核電工程的取排水安全和環境安全，且大幅度降低了工程投資及運行成本。

常規治療腫瘤的方式有手術切除、化學治療、放射治療及生物治療等，然而這幾種療法并非對所有腫瘤都適宜。手術治療在這些腫瘤中明顯受到限制。對大多數中晚期惡性腫瘤患者急待尋求新的有效的非手術治療手段。常規放射性治療由于輻射面積較大、放射性射線劑量大和貫穿人體，對人體的正常組織結構損傷很大。核素微球和核素粒子是代表腫瘤治療和介入放射治療領域的新一代的藥物。與常規外照射治療相比，目前核素微球和核素粒子治療惡性腫瘤是最先進也是最常用放射治療方法之一。 1)核素微球 近年來正在研究的核素微球包括釔-90玻璃(樹膠)微球、錸-188玻璃微球、磷-32玻璃微球和鈥-160玻璃微球。其中釔-90微球正被醫學界迅速接受并成為肝臟原發和繼發惡性腫瘤的重要治療手段。1999年該藥物已被美國和加拿大正式批準,成為該腫瘤的治療方式。碘-125粒子是一種核素粒子，它是在CT和超聲引導下植入，將發出低能量γ射線的碘125粒子直接植入腫瘤組織內，對腫瘤組織進行持續性的、最大程度的毀滅性殺傷。 2)核素粒子 碘-125粒子優勢明顯：內照射射線劑量小，作用時間更長，治療定位更準確，對腫瘤局部作用均勻，輻射半徑小，對周圍正常組織損傷極小，是一種非常好的局部治療措施。和化療配合，治療腫瘤的效果更加明顯。 該技術對腫瘤的局部治療可以達到或接近手術和其他毀損病灶療法的效果。對于某些經手術后，出現復發或者局部轉移的腫瘤，碘-125粒子植入具有明顯優勢。此外，如作為常規放射治療的補充和協同治療的手段，會取得更好的治療效果。 碘-125粒子植入并非只是治療腫瘤的輔助方式，而是治療腫瘤的主要手段，而且對某些腫瘤可以作為優先選擇的治療方法。 對于一些對常規放、化療不敏感的腫瘤，碘-125粒子植入是一項重要的治療措施。如前列腺癌，過去常用手術切除、放療和化療綜合治療，其效果并不理想。而直接植入碘125粒子抑制腫瘤生長，避免了手術，能達到與常規治療一樣或更好的效果，并且保留了它的生理功能。另外，對于不愿行根治性手術以及一些無法手術的子宮頸癌、鼻咽癌患者，碘-125粒子的效果也非常明顯。 此外，對于已發生轉移的腫瘤患者，選用碘-125粒子植入治療，可達到有效控制轉移灶生長、保持器官功能、減輕疼痛的目的；由于身體狀況、腫瘤位置等因素影響，無法用手術切除的腫瘤，也可選用植入碘-125粒子治療。 3）利卡汀 利卡汀為水針劑，主要成分是碘125標記的美昔單抗。依靠美昔單抗與肝癌細胞表面表達的CD147抗原結合，再由碘125發揮局部放療作用。該藥I、II、III期臨床試驗均在華西醫院完成。證實能夠延長肝癌患者生存率。 2、項目技術背景 由于多數用于治療的核素對人體的骨髓等多種組織具有嚴重的毒、副作用，目前世界上近距離放射治療均采用金屬或玻璃為載體以盡量減少釋放帶來的全身副作用。但金屬和玻璃等,具有體內難以降解、技術操作復雜、分布性差、價格昂貴等缺點。本研究將采用可降解的蛋白質明膠微球作為碘核素的載體。明膠是膠原蛋白部分水解的產物，具有生物相容性好、可以生物降解、可和多種核素和藥物穩定結合等優點。 碘131和碘-125是多年臨床治療惡性腫瘤的常用核素，其治療效果穩定。碘核素的最大優越性是毒副作用較輕，碘在體內主要被甲狀腺組織吸收，其他組織絕少停留。不同粒徑的碘-125蛋白核素微球通過血管介入和局部植入可在腫瘤局部進行近距離放射治療。例如：直徑50-70μm的微球經介入途徑給藥后主要停留在小動脈和腫瘤血管中。可用作放射栓塞劑和化療栓塞劑，治療血管豐富的實體腫瘤，如肝癌、腎癌、子宮腫瘤等；直徑10-20μm的微球可通過瘤體注射的方法較均勻地分布在腫瘤組織間。可以對各種實體瘤進行瘤體植入近距離放療和局部化療，可用于乳腺癌，甲狀腺癌,胰腺癌，胃腸實體瘤等。 項目組長曾于1990年作為副組長在國家自然科學基金的資助下完成結合碘131和化療藥物的明膠微球肝動脈注射治療晚期肝癌的基礎和臨床研究。此次研究將在以前的工作基礎上，結合國內外的最新發展趨勢，改進并研制新的核素蛋白質微球。該項目作為上述課題的延續，目的是繼續完善該藥品的臨床前研究，繼以實現產業化。