ESCs是一类在特定条件下能自我更新、无限增殖和多向分化的干细胞，具有发育的全能性，可以从早期胚胎的内细胞团经体外分离培养而获得^[5]。近年来，ESCs治疗已用于心肌梗死^[6]、帕金森病^[7]、糖尿病^[8]、脊髓损伤^[9]等疾病的临床及实验研究，并展示出了良好的应用前景。但由于ESCs的建系十分困难，且存在异体移植免疫排斥^[10]以及伦理学等问题^[4]，因此限制了其进一步的临床应用。

2006年Takahashi和Yamanaka^[11]将4种转录因子Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4导入小鼠成纤维细胞，获得了与小鼠ESCs功能相似的细胞，即iPSCs。2007年Takahashi等^[12]利用Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4等4个转录因子、Yu等^[13]利用Oct4、Sox2、Nanog、Lin28等4个转录因子先后将人的体细胞重编程为iPSCs。由于iPSCs不涉及伦理方面的限制，因此在细胞治疗、再生医学等领域得到了广泛的研究和应用，充分展示了其潜在的临床应用价值。

分子显像包括光学显像、核磁共振显像、放射性核素显像以及超声显像等^[14]。其中放射性核素显像是通过放射性示踪剂或放射性示踪剂标记细胞，将其引入体内后通过核医学显像仪器进行靶目标显像。相比其他分子显像技术，放射性核素显像具有皮摩尔级的灵敏度和良好的组织穿透性^[15]。一般用于活体内移植细胞的放射性核素显像方法主要有2种，直接标记细胞显像和间接标记细胞显像。

直接标记细胞显像是通过放射性示踪剂与细胞结合后植入体内进行细胞示踪的方法。如将¹⁸F-FDG与干细胞体外培养后植入小鼠体内，使用小动物PET显像仪进行干细胞移植后的生物分布监测^[16]。虽然直接标记显像的方法简单，成本较低，但是标记显像的信号会随着细胞的分裂或代谢有所降低，不能长时间监测，且标记细胞死亡后仍可检测到其释放出的信号^[17-18]。

间接标记干细胞显像也称为干细胞报告基因显像，是将含有报告基因的载体转染干细胞，然后植入体内，通过转染细胞表达的报告蛋白介导放射性探针进行细胞示踪的显像。

报告基因显像是在细胞和分子水平对生物过程进行定量和定性的无创显像方法。目前用于显像的报告基因有多种，如以受体为基础的多巴胺D2受体报告基因和生长抑素受体亚型2报告基因、以转运体为基础的钠碘同向转运体报告基因、以酶为基础的1型单纯疱疹病毒胸苷激酶（herpes simplex virus type 1 thymidine kinase，HSV1-tk）报告基因和突变型HSV1-tk报告基因（HSV1-sr39tk）等^[19]。

目前用于放射性核素显像的仪器主要有PET和SPECT。用于临床前研究的主要是小动物PET或小动物SPECT。PET显像有较高的灵敏度，使用的放射性核素主要为¹⁸F，其半衰期约为110 min，由回旋加速器生产，成本较高。而SPECT为核医学常用显像仪器，尽管灵敏度不如PET，但其常用显像剂为⁹⁹Tc^m、¹³¹I等放射性核素，其来源方便，价格低廉。

干细胞治疗作为一种人类多种退行性疾病新的治疗手段，仍存在着很多亟待解决的问题。特别是如何在活体条件下，通过无创、灵敏的方法示踪干细胞在靶器官的命运，这对理解干细胞的生物学特性、干细胞植入的最优化以及干细胞治疗效益的最大化等是十分重要的。

ESCs具有多向分化的潜能，已用于多种疾病的治疗，因此核素分子显像监测在该领域也得到广泛应用。Tarantal等^[20]使用⁶⁴Cu-丙酮醛双N4-2甲基缩氨基硫脲直接标记表达荧光素酶的人ESCs，在超声引导下将其移植到孕中期的猴胎儿肾脏内，通过PET成功进行了移植细胞向肾源性细胞系分化的显像监测。

实际上，干细胞治疗的核素显像方法多采用间接显像方法，即报告基因显像方法。Qiao等^[21]用HSV1-tk的突变型报告基因及超顺磁性氧化铁颗粒（super paramagnetic iron oxide，SPIO）转染和标记鼠ESCs后，将标记物注射到无胸腺鼠的心肌梗死部位，研究结果显示，PET可有效地进行移植部位ESCs存活和增殖的监测。MRI具有良好的空间分辨率，但SPIO标记的干细胞死亡后，被吞噬细胞吞噬后其体内仍含有SPIO，因此，MRI难于区分存活与死亡的细胞；而PET显像尽管空间分辨率差，但灵敏度高，可以检测移植的活性细胞。因此，在细胞治疗监测方面两种模式各有所长，可以取长补短。

由于慢病毒载体可将报告基因整合到细胞基因组中，因此可以长时间进行干细胞移植治疗的监测。Lee和Wu^[22]通过重组单体红色荧光蛋白（red fluorescent protein，RFP）、萤火虫荧光素酶（firefly luciferase，Fluc）以及HSV-tk 3种报告基因的慢病毒转染ESCs，通过生物发光显像和小动物PET显像成功地进行了ESCs移植后长时间的示踪监测。

近年来，iPSCs用于干细胞治疗，特别在心、脑血管病的治疗方面得到越来越多地应用，因此，针对iPSCs移植后的核素显像报道也逐渐增多。Wang等^[23]将iPSCs和ESCs植入大鼠的脑缺血模型中，通过¹⁸F-FDG小动物PET显像观察移植后大鼠脑功能的状况。结果表明，植入iPSCs和ESCs的大鼠脑缺血部位的FDG代谢恢复，并认为iPSCs移植治疗可能优于ESCs，展示出更大的应用价值。

在报告基因核素显像方面，Templin等^[24]将稳定表达荧光和钠碘同向转运体的人iPSCs植入猪的心肌梗死模型中，通过¹²³I进行了移植后细胞的存活和分布的SPECT显像监测，并通过⁹⁹Tc^m-tetrofosmin进行了心肌灌注显像以了解梗死心肌的血供。该研究首次进行了大型动物人iPSCs移植后的分布、存活等的长时间监测的研究，并证实植入猪心肌梗死部位的人iPSCs能够分化形成血管。此外，Lee等^[25]通过在慢病毒载体构建3种报告基因（Fluc-RFP-HSV-tk）进行ESCs分子显像监测的基础上，又结合SPIO，对狗心肌缺血梗死模型中iPSCs移植后的命运进行了PET/CT和MRI多模式显像，证实其对iPSCs移植监测具有潜在临床应用价值。

人ESCs或iPSCs具有无限增殖和多项分化的潜能，这些特性使其成为生物医学研究和移植治疗的理想细胞来源。然而，细胞植入体内异位位置易形成畸胎瘤，严重影响其在细胞治疗及再生医学中的应用。因此，如何在活体条件下无创地监测或降低畸胎瘤的形成，是目前细胞移植治疗中所面临的重要课题。

血管形成是肿瘤的一个重要的生物学特性，其中αvβ3整合素在肿瘤血管形成和转移中起着重要作用^[26-27]。Cao等^[28]利用⁶⁴Cu标记αvβ3配基的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（arginine-glycine-aspartate，RGD）四聚体（⁶⁴Cu-1，4，7，10-tetraazacyclododecane-N，N'，N，N'-tetraacetic acid-RGD₄，⁶⁴Cu-DOTA-RGD₄）进行了ESCs植入后畸胎瘤形成的PET显像监测，研究结果显示，畸胎瘤高表达αvβ3，通过⁶⁴Cu-DOTA-RGD₄可明显和特异性地进行畸胎瘤显像，明显优于¹⁸F-FDG和¹⁸F-胸腺嘧啶脱氧核苷进行的畸胎瘤显像。鉴于⁶⁴Cu为加速器生产的非常用正电子核素，来源不便，Li等^[29]通过⁹⁹Tc^m标记RGD制备的⁹⁹Tc^m-3PRGD2（其中，P为聚乙二醇）显像剂，进行了iPSCs移植后畸胎瘤形成的SPECT显像监测，结果显示，其可有效进行iPSCs移植后畸胎瘤形成的监测，具有良好的应用前景。

除了通过放射性药物进行畸胎瘤形成的监测外，Pomper等^[30]也观察到转染基因的人ESCs也可形成畸胎瘤，并通过SPECT显像对重组HSV1-tk-绿荧光蛋白慢病毒转染的人ESCs移植后的存活和分布进行了荧光和PET显像的长时间监测，并获得了较好的效果。

核素分子显像在活体条件下无创地进行ESCs及iPSCs移植治疗监测方面取得了长足的进展，同时在ESCs及iPSCs的畸胎瘤的形成监测方面也取得了良好效果，对推动ESCs及iPSCs治疗的应用和发展起着重要作用。但ESCs及iPSCs的研究和临床应用还有许多有待解决的问题，因此，进一步开发新的核素显像剂以及采用多模态的显像方法进行ESCs及iPSCs移植治疗监测，仍是未来分子影像学发展的重要方向。