分子成像技术，特别是使用正电子发射断层扫描（PET），继续为我们提供了有关大脑回路如何被成瘾药物改变的新知识。化学家乔安娜·福勒（Joanna Fowler），美国能源部布鲁克黑文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）转化神经成像中心主任和PET技术中使用的放射性“标记”分子的开发先驱，在2006年9月14日美国化学学会第232次全国会议上发表了关于这些放射性跟踪剂的演讲。

“成瘾是一种对家庭和社会都具有毁灭性的脑部疾病，”福勒说。“化学，通过开发可以监测药物和受体在大脑中的分布和动力学的放射性跟踪剂，在理解成瘾过程和寻找新的帮助人们克服成瘾的方法的核心。”

在PET研究中，放射性跟踪剂（用放射性形式的某些化学元素如碳或氟标记的化合物）被注入研究对象的血液中。PET扫描器检测跟踪剂的放射性信号，并连续跟踪其在体内的浓度和运动。这些数据可以用来重建三维图像，显示化合物在体内/大脑中的分布和停留时间。

由福勒领导的布鲁克黑文团队开发了跟踪各种成瘾药物（包括可卡因、尼古丁和甲基苯丙胺）运动以及测量大脑中某些“化学信使”（神经递质）和其受体水平的放射性跟踪剂。使用这些跟踪剂的PET研究显示，所有成瘾药物都会升高一种叫做多巴胺的神经递质的水平，多巴胺是一种帮助我们体验到愉悦、奖赏和动机的化学物质，也在身体运动中起作用。通过成瘾的过程，这些研究表明，大脑对愉悦信号的响应能力会因多巴胺受体的丧失而减弱。研究还表明，人们的多巴胺系统的初始差异可能有助于解释为什么有些人发现药物令人愉悦并变得上瘾，而其他人则不然。

研究人员面临的一个挑战是开发极其快速的合成放射性跟踪剂化合物的方法。最常用的放射性元素（同位素）碳-11（11C）和氟-18（18F）具有非常短的半衰期（分别为20分钟和110分钟）。半衰期是指样本中半数放射性原子的衰变为非放射性形式所需的时间。由于PET扫描器依赖于放射性信号来检测体内的物质，因此必须快速地合成和注射这些化合物以产生有用的数据。

“我们目前正在开发新的方法来用碳-11和氟-18标记复杂分子，以更好地了解不同滥用药物如何破坏大脑功能以及我们可能如何治疗成瘾，”福勒说。“这是一个从创造性的合成化学中受益匪浅的领域。同时，这也是一个迫切需要新人才来开发解决这一重大公共卫生问题所需的科学工具的领域。”

福勒在放射性跟踪剂化学领域并不陌生。在1976年，她和她的同事合成了18F-氟代脱氧葡萄糖（FDG），这是第一个用于测量大脑葡萄糖代谢的放射性跟踪剂。作为身体主要化学燃料葡萄糖的替代品，FDG可以帮助科学家监测体内和大脑的代谢活动。如今，FDG被广泛应用于世界各地的PET中心，用于研究和诊断神经系统和精神疾病，以及诊断肺癌和结肠癌。

福勒还开发了另一种放射性跟踪剂，首次显示可卡因在人脑中的分布与其行为效应平行，并开发了一系列放射性跟踪剂来绘制单胺氧化酶（MAO）的分布，MAO是一种调节其他神经递质水平的脑酶。使用这些跟踪剂，她发现吸烟者的大脑中MAO的水平降低，这可能解释了吸烟的一些行为和流行病学特征，例如抑郁和药物成瘾个体中吸烟率的高峰。

福勒在科罗拉多大学获得了化学博士学位，并在英国东安格利亚大学和布鲁克黑文国家实验室进行了博士后研究。她于1971年加入布鲁克黑文实验室的工作人员。作为美国国家科学院的成员，福勒曾获得许多其他荣誉，包括美国化学学会2002年格伦·T·西博格核与放射化学奖，2000年核药物开发影像学会阿尔弗雷德·P·沃尔夫奖，美国能源部1999年E·O·劳伦斯奖，以及1998年弗朗西斯·P·加万-约翰·M·奥林奖章。她在主要科学期刊上发表了300多篇同行评议文章，并拥有八项放射性标记程序的专利。

这项研究得到了美国能源部办公室的生物和环境研究办公室以及美国国家卫生研究院的支持。像PET这样的成像技术是美国能源部长期投资于基本物理和化学研究的直接产物。通过对回答物质和能量基本性质问题的加速器的工作，开创性的能源部科学家们理解并实现了开发这些工具用于疾病的诊断和治疗的潜力。使用这些工具来研究药物成瘾和其他疾病的持续研究是我们国家实验室如何汇集化学家、物理学家和医疗专业人员的专业知识来解决对社会具有深远意义的问题的典型例子。