多模态光声 - 超声成像技术（PA/US）结合了光声成像的分子特异性与超声成像的高分辨率解剖结构信息，在药物研发中展现出广阔的应用前景。以下从技术优势、具体应用场景、临床转化进展及未来趋势等方面展开分析：
一、技术优势：精准融合功能与结构信息
1.分子特异性与实时动态监测
光声成像通过激光激发组织内源性或外源性分子（如血红蛋白、纳米造影剂）产生声波，可提供血氧饱和度、药物分布等功能信息。超声成像则实时显示组织解剖结构，两者结合可实现 “分子 - 结构” 双维度动态追踪，例如在肿瘤药物研发中，同步观察纳米药物在肿瘤血管中的积累及周围组织形态变化。
2.深穿透与高分辨率的平衡
光声成像穿透深度可达数厘米，分辨率达微米级；超声成像穿透深度更深（如临床超声可达 10 厘米以上），两者协同可覆盖从浅表到深部组织的成像需求。例如，在脑肿瘤模型中，PA/US 可无创观察血脑屏障破坏及药物渗透情况。
3.多模态成像与诊疗一体化
通过设计多功能纳米探针（如光活化气体生成纳米造影剂 PGNA），PA/US 不仅能成像，还可同步实现光热治疗、声动力治疗等，推动 “成像 - 治疗” 一体化模式。
二、药物研发全链条的关键应用
（一）临床前研究：优化药物设计与毒性评估
1.药物递送系统的精准评估
靶向性验证：通过标记药物载体（如金纳米棒、MOF 材料），PA/US 可量化其在肿瘤、炎症等靶点的富集效率。例如，中山大学团队开发的超声敏感纳泡可实现化疗药物与 siRNA 的协同递送，并通过光声信号评估肿瘤内药物释放。
药代动力学监测：动态追踪药物在体内的分布、代谢及排泄过程。如苏州大学开发的 PGNA 在近红外激光触发下释放 CO₂气体，通过超声信号实时监测药物在肿瘤组织的滞留时间。
2.药效与毒性的多维度评价
疗效评估：
肿瘤治疗：PA/US 可量化肿瘤血管生成（如血管密度、分形维数）及血氧水平，评估抗血管生成药物的疗效。
心血管疾病：分析动脉粥样硬化斑块成分（如脂质、纤维帽）及心肌缺血程度，指导降脂药、溶栓药的研发。
神经退行性疾病：监测脑内微血管退行性变及血脑屏障通透性，评估神经保护药物的效果。
毒性监测：
胚胎毒性：厦门大学团队利用 PA/US 检测氯化甲基汞对胚胎心脏发育的影响，实现非侵入性毒性评估。
器官损伤：通过肝脏、肾脏的光声信号变化（如血氧饱和度、纤维化程度），早期发现药物诱导的器官毒性。
（二）临床研究：加速药物转化与个性化治疗
1.术中导航与精准给药
前哨淋巴结定位：PA/US 结合碳纳米颗粒（CNPs）可清晰显示淋巴管及淋巴结，辅助乳腺癌、胃癌等手术中的精准活检与药物注射。
实时治疗引导：在光热治疗中，PA/US 同步监测肿瘤温度变化及组织消融范围，优化激光能量与药物剂量。
2.疗效动态评估与剂量调整
类风湿关节炎：北京协和医院通过 PA/US 定量滑膜组织氧饱和度（SO₂），发现低氧状态与疾病活动度正相关，为抗风湿药物的个体化治疗提供依据。
糖尿病治疗：光遗传技术结合 PA/US 实现近红外光控胰岛素分泌，动态调节血糖水平，为糖尿病闭环治疗提供新范式。
三、技术进展与临床转化
1.设备与探针的创新突破
高灵敏度成像系统：
声学扫描振镜技术：降低设备成本，实现快速 B 扫描（1 幅 / 秒）及光声信号采集（0.1 幅 / 秒），适用于动态监测。
微机电系统（MEMS）换能器：提升超声分辨率（达 150 μm），并支持光纤集成，适用于深部组织成像。
多功能纳米探针：
靶向造影剂：如 Anti-PD-L1 修饰的 MOF 纳米颗粒，可同时递送化疗药物与免疫抑制剂，并通过 PA/US 评估肿瘤微环境变化。
光声 - 荧光双模态探针：如 Ce6 负载的聚多巴胺纳米颗粒，实现肿瘤成像与光动力治疗的协同。
2.监管与标准化进程
临床设备获批：中国国家药监局已批准迈瑞生物的 PA/US 双模态成像系统（国内首个），美国 FDA 通过 PMA 路径批准 Seno Medical 的光声乳腺成像设备。
国际标准化推动：国际光声标准化联盟（IPASC）将 PA/US 纳入 DICOM 标准，并制定临床数据管理规范，加速技术转化。
四、挑战与未来方向
1.技术瓶颈
成像速度限制：激光重复频率（如 100 Hz）制约光声成像帧率，需开发超快激光器（如 kHz 级）或并行扫描技术。
信号干扰与量化精度：组织散射与背景噪声影响光声信号准确性，需结合深度学习算法（如生成对抗网络）优化图像重建。
2.跨学科融合与拓展应用
多模态深度融合：结合弹性成像、磁共振成像（MRI）等，全面评估组织硬度、代谢活性等参数。
新型治疗模式：光声成像引导的基因编辑（如 CRISPR-Cas9 递送）与细胞治疗，实现精准基因调控与免疫激活。
3.临床场景拓展
罕见病与个性化医疗：针对遗传性疾病（如囊性纤维化），PA/US 可评估靶向药物在特定器官的分布，指导个体化给药方案。
远程医疗与床旁监测：便携式 PA/US 设备（如手持探头）支持社区医疗与 ICU 患者的实时监测。
五、结论
多模态光声 - 超声成像技术凭借其分子特异性、实时动态监测及深穿透能力，在药物研发中展现出不可替代的优势。从临床前的药物递送优化到临床的精准治疗引导，该技术正推动药物研发向 “高效、安全、个性化” 方向发展。随着设备创新、探针设计及标准化进程的加速，PA/US 有望成为未来药物研发的核心工具之一，尤其在肿瘤、心血管、神经等重大疾病领域发挥关键作用。
