组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
钾离子（K+）、腺苷三磷酸（ATP）、腺苷二磷酸（ADP）、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）、RNA（mRNA、5S rRNA、miRNA等）、蛋白（HIV逆转录酶 HIV RT、朊病毒蛋白 PrPc、核仁蛋白 nucleolin、整合素 αvβ3、蛋白酪氨酸激酶7 PTK7、前列腺特异性膜抗原 PSMA、腱糖蛋白C tenascin-C、血小板衍生生长因子 PDGF、人中性粒细胞弹性蛋白酶等）；样品基质：细胞培养液、活细胞、酵母、小鼠肿瘤模型/动物组织。
检测原理
适配体分子成像的核心是识别事件触发可测信号。SELEX筛选的适配体（aptamer）特异性结合小分子、RNA或蛋白后，发生构象变化或诱导适配体-配体相互作用，使荧光素与淬灭剂距离改变，产生荧光淬灭/去淬灭或FRET信号；也可使荧光原（如DFHBI）结合菠菜适配体后发光，或使分裂荧光蛋白重组发光。对于放射性、CT、超声和MRI成像，适配体将核素、金纳米颗粒、纳米泡或磁性纳米颗粒靶向富集到靶标位点，分别产生γ射线、X射线衰减、超声散射或磁共振对比。信号放大策略包括多价适配体标签、纳米颗粒负载大量染料/对比剂、生物素-链霉亲和素招募纳米颗粒以及别构适配体开关；文中还提及PCR、RCA、aptazyme等放大策略，但体内成像应用有限。
检测灵敏度
原文未报告统一LOD/线性范围/R^2；相关数值：PET检出限: 10–12–10–11 mol/L；MRI灵敏度: 10-5–10-3 mol/L；ATP适配体纳米flare: 0.1–3 mmol/L；ATP聚丙烯酰胺纳米颗粒: 2.9–5.1 mmol/L；ATP动态: 0.5–8 mmol/L。
效应效果
综述报道的适配体探针具有高选择性、低背景、快速清除和肿瘤滞留等优势。例如K+探针K+/Na+选择性>200倍；99mTc-中性粒细胞弹性蛋白酶适配体炎症成像峰值信噪比4.3±0.6（2 h），优于IgG的3.1±0.1（3 h）；TTA1-99mTc肿瘤成像信噪比3 h为50、16 h为180，10 min肿瘤摄取6% injected dose/g，血液半衰期<2 min，肿瘤滞留>20 h；Cy5-TD05 Ramos肿瘤平均信噪比约70（5 h）；PTK7可激活探针15 min肿瘤富集、滞留>2 h，非肿瘤1 h清除；PSMA金纳米颗粒CT对比为阴性细胞4倍。作者认为适配体分子成像可用于诊断、药物研发和影像引导治疗。
传感器的构成
- 识别元件：适配体（aptamer，ssDNA/ssRNA，SELEX筛选），特异性结合靶标小分子、RNA或蛋白。
- 信号标记物：荧光素/荧光原（fluorophore/fluorogen，如FAM、TAMRA、Cy3、Cy5、BHQ1/BHQ2、DFHBI）或放射性核素（99mTc、67Ga、18F、68Ga、89Zr、124I）、磁性材料（CoFe2O4、Fe3O4）、金纳米颗粒（Au NP）、纳米泡（nanobubble）。
- 纳米放大/载体层：量子点（QD）、金纳米颗粒（Au NP）、氧化石墨烯（GO）、聚丙烯酰胺纳米颗粒、超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPION）、纳米泡，用于富集报告物或增强对比。
- 连接/辅助元件：生物素-链霉亲和素（biotin-streptavidin）、互补寡核苷酸、淬灭剂（BHQ1/BHQ2/DABCYL）、FRET供受体对，用于固定、构象开关或信号转导。
- 成像换能器/读出平台：荧光显微镜、PET、SPECT、CT、超声、MRI，将识别事件转换为可测光学、核医学、声学或磁学信号。
中文摘要
分子成像通过在细胞和活体中时空可视化与量化单/多分子事件，显著推进基础生物学与转化医学。适配体是通过系统进化指数富集（SELEX）体外筛选得到的短单链DNA/RNA，能高亲和、高特异结合小分子、核酸、蛋白、细胞等广泛靶标，具有可化学合成修饰、低免疫原性、可体外/体内使用等优点，是分子成像探针的理想识别元件。本文综述适配体生物传感器/分子成像探针的发展现状，包括探针设计、成像模态、信号放大与多重成像，并总结其在细胞及动物模型中用于小分子、RNA和蛋白成像的应用，最后展望适配体分子成像在诊断、药物研发和影像引导治疗中的前景。
英文摘要
Molecular imaging has greatly advanced basic biology and translational medicine through visualization and quantification of single/multiple molecular events temporally and spatially in a cellular context and in living organisms. Aptamers, short single-stranded nucleic acids selected in vitro to bind a broad range of target molecules avidly and specifically, are ideal molecular recognition elements for probe development in molecular imaging. This review summarizes the current state of aptamer-based biosensor development (probe design and imaging modalities) and their application in imaging small molecules, nucleic acids and proteins mostly in a cellular context with some animal studies. The article is concluded with a brief discussion on the perspective of aptamer-based molecular imaging.