李源培团队发展出新型双向纳米磁共振调谐造影剂及双对比增强计算机剪影技术

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癌症发展初期缺少明显的临床表现，且病灶较小，为诊断增加了难度。发展精准的微小癌症病灶的诊断方法尤为重要。与基于荧光能量共振转移成像技术相比，依赖于距离调控的磁共振调谐技术（MRET），因其深度组织穿透性强并可提供丰富的解剖学和功能学信息，在活体的检测和成像研究中表现出更大的优势。然而，目前已发展出的基于T1的单向磁共振调谐探针对磁共振成像的增强较弱且稳定性欠佳。因此，发展出具有高性能的，高稳定性的磁共振调谐探针，并提高对超微小癌症病灶的诊断敏感度，特异性以及进行影像学分子诊断成为当前癌症诊断的研究热点之一。

2020年5月25日，加州大学戴维斯分校医学院的李源培（Yuanpei Li）教授团队（王中领博士和薛向东博士为共同第一作者）在Nature Nanotechnology杂志上发表文章Two-way magnetic resonance tuning and enhanced subtraction imaging for non-invasive and quantitative biological imaging。该团队发展出具有距离调控性，T1和T2双向的磁共振调谐（TMRET）纳米探针，并为其量身定做了计算机双对比增强剪影技术（DESI），该磁共振成像技术可精确诊断出小鼠颅内0.75 mm3大小的脑瘤病灶，并可将成像敏感度提高10倍以上。

在这篇文章中，研究人员将T1和T2磁共振成像剂包裹到具有肿瘤微环境响应性的高分子聚合物胶束中，制备了具有肿瘤微环境响应性的TMRET纳米造影剂。在未到达肿瘤组织之前，两种磁共振造影剂相互作用，使T1和T2信号呈淬灭状态。当到达肿瘤微环境时，造影剂从胶束中被释放出来，相互作用消失，从而使T1和T2磁共振信号呈双激活状态。这种独特的T1&T2双重激活和淬灭机制保证TMRET造影剂对肿瘤组织的高度特异性和选择性。为了进一步提高TMRET造影剂的灵敏度，团队为TMRET造影剂量身定做了一种对磁共振成像结果进行后处理和重建的计算机增强技术，双对比增强剪影成像技术（DESI）。

在脑胶质瘤的小鼠移植瘤，研究团队进一步评估了TMRET造影剂和DESI纳米技术平台对肿瘤内生物靶点的定量成像，发现TMRET造影剂产生的磁共振信号与生物靶点的含量具有良好的线性关系。在小鼠原位颅内肿瘤模型上，该磁共振成像纳米技术平台表现出强大的肿瘤选择性，其可显著提高肿瘤病灶的信号强度，并降低正常组织的信号强度。技术介导该的肿瘤/正常组织信噪比（TNR）为单一模态磁共振成像的10倍以上。借助该技术的肿瘤特异性，选择性和高TNR，其可检测出小鼠颅内0.75 mm3，甚至更小的癌症病灶。该技术具有良好的普适性，可以应用到不同场强的磁共振成像仪上，如3.0 T，7.0 T和9.4 T。同时，研究中所用的TMRET成像剂也适用于不同的胶束纳米结构中，可对其他肿瘤微环境，如弱酸性环境，进行灵敏应答。值得一提的是，该研究工作也首次系统性的阐述了T2造影剂信号淬灭的物理学机制。

TMRET和DESI纳米技术平台可显著提高磁共振成像对超微小癌症病灶的检测灵敏度和特异性，理论上也可以广泛应用于其他疾病类型，有极大潜力为影像学引导的生物医学应用提供新的技术方法。