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生物標記物成像系統（MSI）技術可用于分析細胞的代謝物和多肽的含量和分布，研究細胞的狀態和周圍環境對其的影響，以及正常細胞與疾病細胞間的差異。
生物標記物成像系統不需要探針、放射性同位素標記、熒光標記、化學發光物標記和染色標記；不局限于一種或者幾種特異的蛋白質行或代謝物分子。可在事先不了解所檢測的蛋白質或代謝物信息的情況下，在切片組織中找到每一種蛋白質或代謝物分子并提供這些分子在組織中的空間分布的精確信息。該技術還可劃分腫瘤組織與周圍正常組織的界限，可以補充染色得到的組織學信息。
近年來，生物標志物靶向療法的開發一直是生物醫學研究的重點。2016年，在FDA批準的22個新分子實體（NME）和生物制劑中有6個為靶向治療藥物，占總數的27%。相對于2011年的14％和2005年僅5%的占比，可以看出靶向治療藥物的批準率顯著增加。靶向治療藥物的批準數量占NME批準總數的比例在持續增長，主要集中在腫瘤領域。
生物標志物如何融入臨床開發以提升藥物開發的價值？
通常，生物標志物可以兩種方式納入臨床開發計劃。
*種方法為將全基因組關聯研究用于確定療效顯著藥物對應的生物標志物特征。由于這種方法是間接的（即不依賴于任何與已知藥物特征和作用機制相關的信息），可能受多種因素的影響（包括生物標志物分布情況、種群和地理差異），因此，這種方法為支付方或制藥公司帶來價值的可能性較小。
第二種方法更為理想，生物標志物與藥物作用方法直接相關。這是典型的靶向腫瘤藥物，其中生物標志物本身即可能是藥物靶點。例如表皮生長因子受體（EGFR）抑制劑（如厄洛替尼）和人表皮生長因子受體2（HER2）抑制劑（如帕妥珠單抗）。在其他情況下，生物標志物可以鑒別藥物作用途徑中的另一種蛋白質，該蛋白質變異會使藥物對腫瘤失去療效（例如，RAS基因突變可阻礙HER2-靶向藥物帕尼單抗發揮作用）。
在任何情況下，生物標志物檢測與藥物活性的相關性首先均在非臨床（體外）研究中確定，然后再在早期臨床研究中進行初步評估。
利用這些原始數據，藥物開發商可以使用臨床試驗分析來設計和執行關鍵試驗，以便基于生物標志物檢測篩選出服用藥物可能產生療效的患者。反之，這也為藥物開發商（試驗成功的可能性更高，可提高藥品價格）以及支付方（生物標志物僅向可能的產生療效者提供）預期藥物開發價值的提升奠定了基礎。
應用：胰腺癌的病理研究
對非癌性（胰腺外分泌）和癌性（浸潤性導管胰腺癌）組織的比較
在B和C中顯示了非癌區（綠色）和癌區（紅色）中兩種質量分子的分布
A：組織切片顯微圖像； B：m/z14,836的非癌組織質譜成像；
C：m/z13,777的癌組織質譜成像 D：質量范圍為12-16.5kDa的譜圖。