分子イメージングとは.医療用画像処理技術と分子生物学.化学.物理学.放射線学.核医学.コンピュータサイエンスが融合した新しい学問分野である。分子イメージング（MI）という概念が最初に導入された。すなわち.生体の細胞レベルおよび分子レベルにおける生物学的プロセスの定性的および定量的研究にイメージング手法を適用することである。主に生体内の特定の分子をイメージングコントラストのソースとして使用し.既存の医療用イメージング技術の一部を用いて.人体内部の生理的または病理的プロセスを非侵襲的かつリアルタイムに分子レベルで画像化するものである。遺伝子遺伝情報.生化学.新しいイメージングプローブを統合し.高度なイメージング技術で検出し.一連の画像後処理技術を経て.生体組織の分子・細胞レベルの生物学的プロセスを表示する目的を達成する。 意義 診断の面では.腫瘍形成の過程における重要なマーカー分子を画像化することにより.病気の末期の解剖学的変化を示すだけでなく.病気の原因.発生.進展など一連の病態生理的変化や特徴を生体内で直接観察することができる。医薬品開発においても.特異的なプローブを設計することで.医薬品治療ターゲットの分子変化を生体内で直接表示することができ.高エネルギー画像解析システムを確立することで.医薬品のスクリーニングや開発を大幅に加速させることができるようになりました。また.標的遺伝子の発現効率を生体内で観察し.有効性を直接評価することも可能です。主な応用分野は.がん.循環器.神経などです。 イメージング原理 分子イメージングでは.分子生化学.データ処理.ナノテクノロジー.画像処理などの技術を統合し.高い特異性.高感度.高解像度の画像を得られるため.将来的には臨床診断のための定性的.局所的.定量的情報を真に提供することができる。このように.分子イメージングとは.もはや一つの技術革新ではなく.様々な技術の統合であることは明らかである。分子イメージング技術には3つの重要な要素があり.1つ目は特異性の高い分子プローブ.2つ目は適切な信号増幅技術.3つ目は高解像度画像を感度よく得ることができる検出システムである。遺伝子情報.生化学.新しいイメージングプローブを人体に組み込み.研究対象の「ターゲット」（別の分子）を標識し.分子イメージング技術を通じて.「ターゲット」を高度なイメージング技術で増幅・検出し.一連の画像後処理技術を通じて.「ターゲット」を増幅・検出する。一連の画像後処理技術により.生体組織における分子・細胞レベルの生物学的プロセスを示し.疾患の不顕性診断や治療に利用する。 技術的な難しさ 最も一般的に使用されている分子イメージング技術は核医学イメージング技術であり.特にPET分子イメージング研究が最もダイナミックである。その他.MRイメージングやMRスペクトロスコピー（MRS）.光イメージング.赤外光トモグラフィーなども広く用いられており.これらのイメージング技術にはそれぞれ長所と短所がある。遺伝子治療に関してのみ言えば.多くの未解決の問題がある。遺伝子導入やトランスフェクションは成功するのか？遺伝子導入やトランスフェクションは成功したのか.導入された遺伝子は標的臓器や組織に分布し.その分布は最適なのか。標的臓器や標的組織内での遺伝子発現は治療効果を発揮するのに十分なのか？導入された遺伝子は他の臓器・組織に十分なレベルで局在し.予期せぬ毒性反応を惹起しないか？前駆体薬と併用する場合の導入遺伝子発現の最適なタイミング.及び前駆体薬による治療を開始する最適なタイミングは何か？トランスジーンの発現は標的組織や臓器でどれくらいの期間持続することができるのか？ 学際的なコラボレーション また.様々なイメージング技術がそれぞれ長所と短所.様々な困難を抱えているため.学際的かつ多面的な交差やコラボレーションが求められることが多く.生命科学が分子レベルから緊急課題を提起するとともに.物理.化学.生体材料.情報学などの分野で分子イメージング研究に適応する理論や技術を開発し.この分野に応用することが求められる。同時に.現代の最先端ナノサイエンス技術との融合も必要である。しかし.学際的な協力体制の欠如が分子イメージングの発展を妨げるボトルネックとなっており.特に生物学.化学.物理学.工学.コンピュータなどの関連分野とのコミュニケーションと協力の欠如が問題になっています。例えば.分子プローブの設計や調製.特性評価や分析には.生物工学や生化学の関連専門家との密接な協力が必要である。 したがって.学際的な専門家がまず同席し.臨床的意義だけでなく既存の基盤を持つ.共通の関心を持つ標的を探すべきである。共通の関心.例えばMRI.CT.PET.超音波など.また特定の局面.例えば抗体に焦点を当てるべきである。第二に.共同研究の効率を上げるために.固定した研究グループを形成し.明確な責任分担と明確な時間枠を設定する必要があります。それから2つ目は.資金的な保証です。そして.共同発表する論文のそれぞれの焦点などです。以上.すべて契約書が必要なのでしょうか？これを整理した上でより良く進めることは可能ですが.そうでない場合は効率的ではありません。 分子イメージングでは.デリバリーや発現の効果をいかに客観的に評価するか.特に評価のためのin vivo（動物やヒト）が重要な課題となっています。現在の遺伝子発現を示す方法は.侵襲的なものと.非侵襲的あるいは低侵襲的なものとに大別される。特定の分子または（および）遺伝子を生体内で画像化する場合.次の4つの必要な前提条件が満たされなければならない：生体内で妥当な薬物動態学的挙動を示す高親和性プローブ.これらのプローブは血管.間葉組織.細胞膜などの生体代謝障壁を透過できる.シグナル増幅の化学的または生物的方法.感度と速度と高解像度画像化技術である。 展望 これまで.画像医学の発展は徐々に3つの主要な陣営を形成してきた。古典的な医療画像：主にX線.CT.MR.超音波画像など.人間の解剖学的構造と生理的機能を示すもの.治療の主要陣営であるインターベンション放射線医学.分子画像：主に分子レベルの画像化に使用できるMR.PET.光学画像および小動物画像装置など。この3つは全体として密接にリンクしており.互いに相関・協力しながら.インターベンショナルラジオロジーに頼って標的遺伝子をより正確に標的部位に到達させ.分子イメージング装置を通じて治療効果や遺伝子発現を直接表示させることができるのです。分子イメージング法は画像医学の発展に寄与し.従来の医療用画像診断と密接に関連している。そのため.いくつかの医療機器メーカーは.シーメンスのバイオグラフ16 TruePoint（陽電子放射断層撮影装置）.フュージョンイメージングシステム.最先端のアプリケーションソフトウェアなどの製品を開発し.研究者が特定の生体プロセスの特定.化合物の効力のモニタリング.疾患の進行をリアルタイムで測定できるようにして.基礎研究および医薬品開発の取り組みを容易にしている 従来の解剖学と生理機能の研究から.疾患の変化を分子レベルで探るイメージング医療を可能にすれば.新しい医療モデルの形成と人間の健康に大きなインパクトを与えることができるだろう。分子イメージングの概念 分子イメージングと従来のイメージング X線の発明以来.医療用イメージング技術の発展は.構造イメージング.機能イメージング.分子イメージングのおおよそ3つの段階を経てきた。構造イメージング.機能イメージングを含む医療用イメージング技術と最新の医療用イメージング装置（CT.MRI.PET.超音波など）の登場は.従来の医療診断に革命をもたらした。しかし.ヒトゲノム解読が完了し.ポストゲノム時代を迎えた今.疾病（特に悪性疾患）の発生メカニズムを細胞.分子.遺伝子レベルで探求し.臨床症状が現れる前の病変の生成をモニターし.病気の早期発見・早期治療を実現し.病気の治療効果を高めることが急務となっている。そこで1999年.ハーバード大学のWeisslederらは.「分子イメージング」（Molecular Imaging）という概念を導入した。これは.生きている状態の細胞や分子レベルの生物学的プロセスを定性的・定量的に研究するためのイメージング手法の適用である。生体内の特定の分子を画像コントラストとして用い.実際の無傷のヒトや動物の体内で.細胞や分子レベルの生理的・病理的プロセスを画像で直接表示することができる医療画像技術である。分子生物学と臨床医学の橋渡しをするもので.米国医師会から「21世紀の医療用画像診断」として.今後最も期待される医学のフロンティア10分野のひとつに挙げられている。 分子イメージングの利点は.第一に.遺伝子発現や生体内シグナル伝達などの複雑なプロセスを可視化し.分子細胞レベルでの疾患メカニズムや特性をより深く理解できること.第二に.疾患の初期段階における分子細胞の変動や病的変化過程を検出できること.第三に.生体内で薬物や遺伝子治療のメカニズムや効果を連続的に観察できることの3点に集約されます。通常.ヒトの分子細胞を検出する方法にはex vivoとin vivoがあるが.in vivoの検出方法としての分子イメージング技術の利点は.ヒトの分子細胞の3次元画像を連続的に.高速に.遠距離で.損傷なく得ることができることである。病変の初期の分子生物学的特徴を明らかにし.病気の早期診断と治療を促進し.また臨床診断に新しい概念を導入することができます。