肿瘤诊断的MRI造影剂

磁共振成像是临床上常用的无侵入性肿瘤早期诊断手段,常常需要借助造影剂来提高诊断能力。本文分别从小分子顺磁性造影剂、大分子顺磁性造影剂、超顺磁性粒子和铁磁性粒子、纳米结构造影剂几个方面较系统地评述了目前国内外用于肿瘤成像造影剂的研究进展,并讨论了顺磁性造影剂的发展前景。     

选择性作用于肿瘤的锰-dpa修饰的硅纳米颗粒

磁共振成像是临床上常用的无侵入性肿瘤早期诊断手段.锰作为人体必须的微量元素之一,具有较好的生物化学效应,顺磁性锰配合物已成为非钆基造影剂发展新方向.我们近期研究发现二吡啶甲基胺类配体锰配合物可以抑制肿瘤细胞增殖,说明这类锰配合物保留了锰离子的识别特征,可以以相同的途径进行转运.由于锰离子通过转铁蛋白运输进入线粒体内,而转铁蛋白在肿瘤细胞含量高于正常细胞,因此经转铁蛋白转运的锰配合物对肿瘤细胞的识别能力高于正常细胞,具有一定的靶向性.降低造影剂的用量来降低其对生物体的毒性已成为人们研究造影剂的共识,而把造影剂制备成纳米级成为降低其用量和降低其毒性的一个重要手段.为增加纳米粒子对肿瘤细胞的靶向性,我们设计、制备了一种水溶性Mn(Ⅱ)-dpa(dpa=二吡啶甲基胺)修饰硅纳米粒子.红外光谱、紫外光谱数据显示表面修饰的二吡啶甲基胺配体锰配合物的存在,ICP测试结果表明锰离子的含量为3.25%.透射电镜数据显示Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子粒径在60～70nm.这种水溶性纳米粒子经腹腔注射后能选择性作用于肿瘤细胞,34～120min内显著提高大鼠体内腋下肝癌的磁共振成像度.进一步体外实验表明Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子能促进钙离子引起的线粒体肿胀.肿瘤细胞线粒体对钙离子的吸收能力大于正常细胞,能调节线粒体钙离子吸收的Mn(Ⅱ)-dpa修饰的硅纳米粒子可能通过细胞内钙信号相关的线粒体途径选择性聚集于肿瘤细胞,成为主动肿瘤靶向性磁共振成像造影剂.研究结果说明具有一定肿瘤靶向性的(Mn(Ⅱ)-dpa)配合物修饰的硅纳米粒子可成为研制肿瘤靶向性诊断剂的新途径.     

基于树状大分子的SPECT成像造影剂的构建及其应用

树状大分子具有精准的化学结构,包括小分子内核、多分枝形成的内部空腔以及表面大量的官能团,可用于负载多种纳米颗粒及进行功能化修饰。此外,基于树状大分子的优异性能,具有良好的生物相容性及稳定性,经过功能化修饰后,其可在体内实现较长时间的血液循环和较高的组织特异性。因此,近年来常将树状大分子作为构建SPECT成像造影剂的理想载体使用。通过不同功能基团修饰树状大分子,降低纳米载体的细胞毒性,提高肿瘤部位的富集等,以实现精准高效的SPECT成像。SPECT成像主要通过监测放射性核素的体内分布、流动及代谢情况以在分子层面上监测病灶部位的生理、病理学变化。相比于小分子的放射性核素,以树状大分子为载体构建的SPECT成像造影剂体内循环时间更长,且经过功能化修饰后可实现体内特异性分布。本文围绕各类放射性核素标记的功能化树状大分子进行了详细阐述,并总结归纳其制备方法及生物医学应用。最后,对这类基于树状大分子的SPECT成像造影剂在肿瘤早期诊断中的应用前景进行了展望。     

过氧化氢激活的纳米药物用于原位自生磁共振成像和热成像

恶性肿瘤的早期检测在降低死亡率方面发挥着关键作用。双模态生物医学成像策略能够为癌症的精确诊断提供更多的可用信息,成为当前研究热点。该文通过简便的一锅水热法制备了高度生物相容的多功能纳米粒子（CuSSe NPs）,可以特异性响应肿瘤部位过量的过氧化氢（H2O2）,实现Cu（Ⅰ）向Cu（Ⅱ）的转化,可作为原位自生磁共振成像（MRI）造影剂用于肿瘤诊断。此外,由于近红外（NIR）区域的强吸收,CuSSe NPs表现出良好的光热转换性能,可作为体内实时癌症监测的光热成像剂。血液分析结果表明CuSSe NPs具有较好的生物相容性,无急性、长期毒性。该纳米材料已被证明是一种潜在的纳米探针,可用于临床癌症治疗中具有高肿瘤对比度的双模态成像。     

磁共振成像造影剂的研究进展

磁共振成像技术已成为临床医学影像学检查的重要手段,30%以上的磁共振成像诊断需要使用造影剂,因此磁共振成像造影剂也成为一种重要的临床诊断药物.本文简单介绍磁共振成像造影剂的定义、原理和分类,并对当前的研究进展进行了的评述,认为开发具有靶向性、高弛豫效率、使用安全的造影剂是研究的主要方向.     

钆类造影剂用于肿瘤靶向性成像

核磁共振成像(MRI)是肿瘤诊断的重要手段,特别是各种造影剂的使用加速了临床应用范围.目前临床MRI检查所用各类造影剂如Gd-DTPA-BMA、Gd-DOTA等均为小分子造影剂,存在组织特异性低、体内停留时间短等缺点.构建具有组织特异性的新一代高效、低毒MRI造影剂成为材料界、医学界的研究热点之一.本文在综合最新文献的...     

多功能超声造影剂

与其他成像方法相比,超声成像具有成像效果好、实时成像、操作简便、无放射性污染、价格相对低廉、适用面广以及适用于床旁等诸多无法比拟的优点,因此是目前临床上应用最为广泛的成像诊断手段之一。临床上使用超声造影剂可以提高疾病诊断的准确性,但是,超声成像自身的缺点如灵敏度相对较低等使其在对癌症等重大疾病进行诊断时存在一定的局限性。将超声成像与其他成像模式联合使用则可实现优势互补,为临床诊断提供更快捷、更精确和更清晰的图像,为疾病的诊治提供更多的信息。同时,由于超声成像实时便捷的特性,使得超声成像特别适合与多种治疗方式结合在一起,开发超声成像实时监控治疗的复合试剂,即基于超声成像的诊断治疗一体化试剂。本文介绍了以超声成像为核心的多功能造影剂,包括靶向超声造影剂、多模态造影剂以及基于超声成像的诊断治疗一体化试剂,综述了近年来有关这一研究热点的报道,并提出了存在的问题以及今后可能的研究方向。     

可激活磁共振成像纳米探针的制备及生物医学应用

在生物医学领域,磁共振成像是一种非常重要的疾病诊疗技术.近50%的磁共振检查已经涉及造影剂的应用.可激活磁共振成像纳米探针以优化信噪比为原则,借助特异性的生物分子识别作用或分子交互作用增强磁共振信号,提高了磁共振诊断的敏感性与特异性,推动着磁共振成像在生物医学领域的广泛应用.本文就目前国内外热门研究的可激活磁共振纳米探针的种类、原理等方面进行阐述,详细介绍了可激活磁共振纳米探针在生物医学上的应用,在前景方面也进行了展望.     

激活型有机光声造影剂的应用

光声(PA)成像作为一种结合了光学和声学成像优势的新型成像方式,具有深层组织穿透和高空间分辨率等优点,在重大疾病的早期影像诊断方面有着巨大的应用前景。然而传统的PA造影剂依然存在信噪比低、选择性及特异性差等不足,容易产生假阳性诊断结果。激活型PA造影剂可以有效的降低背景噪声,并提升成像的灵敏度和特异性,是目前PA造影剂设计与构筑的主要趋势。本综述首先简单介绍了PA成像的原理,然后结合近几年在金属离子、酶、活性氮和活性氧等相关方面的生物成像应用,梳理了可激活探针在不同微环境中的响应方式。最后,对激活型探针在PA成像中的应用进行了总结和展望。     

氧化铁纳米颗粒在磁共振成像中的应用

目前临床诊断中钆基造影剂的应用十分广泛,然而其对人体的毒性无法忽视,因此研究者致力于低毒性造影剂的研发。氧化铁纳米颗粒(Iron Oxide Nanoparticles,IONP)因其超顺磁性在磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)中具有良好的暗对比效果,并且具有良好的生物相容性。随着生物材料和分子影像技术的发展,IONP在MRI成像中的应用愈发广泛。近年来,IONP在多模态成像和诊断治疗一体化方面取得了进展。本文将以IONP的MRI成像机理、制备和表面修饰为基础,阐述近年来IONP在MRI成像应用的研究成果和问题,期望IONP取得更好的发展。     

Functional micro/nanobubbles for ultrasound medicine and visualizable guidance

Chemically functionalized gas-filled bubbles with a versatile micro/nano-sized scale have witnessed a long history of developments and emerging applications in disease diagnosis and treatments. In combination with ultrasound and image-guidance,micro/nanobubbles have been endowed with the capabilities of biomedical imaging, drug delivery, gene transfection and diseaseoriented therapy. As an external stimulus, ultrasound(US)-mediated targeting treatments have been achieving unprecedented efficiency. Nowadays, US is playing a crucial role in visualizing biological/pathological changes in lives as a reliable imaging technique and a powerful therapeutic tool. This review retrospects the history of ultrasound, the chemistry of functionalized agents and summarizes recent advancements of functional micro/nanobubbles as US contrast agents in preclinical and transclinical research. Latest ultrasound-based treatment modalities in association with functional micro/nanobubbles have been highlighted as their great potentials for disease precision therapy. It is believed that these state-of-the-art micro/nanobubbles will become a booster for ultrasound medicine and visualizable guidance to serve future human healthcare in a more comprehensive and practical manner.     

用于疾病诊断的Gd~Ⅲ/量子点多模态成像探针的构建

结合核磁共振成像(MRI)和荧光成像技术,以钆离子、近红外低毒量子点、二氧化硅和聚丙烯酸(PAA)等为原料,采用一系列纳米载体自组装技术,构建出MRI弛豫率/荧光效率高和生物相容性好的GdⅢ/量子点多模态纳米探针.结果表明,与未螯合GdⅢ的量子点纳米探针相比,GdⅢ/量子点多模态纳米探针具有更高的弛豫率;t1-加权MRI成像也证实了GdⅢ/量子点多模态纳米探针具有很好的阳性造影功效.     

High-Field MRI Contrast Agents and their Synergy with Optical Imaging: the Evolution from Single Molecule Probes towards Nano-architectures

Contrast agents for magnetic resonance imaging have historically been based on paramagnetic metal complexes, particularly Gd³⁺ chelates, which tend to lose their contrast enhancement ability with increasing magnetic field strength. Emerging high-field MRI applications require the development of novel contrast agents that exhibit high relaxation enhancement as a function of magnetic field strength. Paramagnetic ions such as Dy³⁺, Tb³⁺ or Ho³⁺ incorporated into supramolecular or inorganic nano-architectures represent promising platforms for the development of high field MRI contrast agents. Furthermore, such platforms allow facile inclusion of multiple imaging modalities, therapeutic loading, and targeting vectors. This Minireview examines the application of contrast agents for high-field MRI, which range from single molecules to nanoparticles. Approaches to create multimodal agents by combining high-field MRI contrast properties with another imaging modality are also discussed.     

A pH-Sensitive Zwitterionic Iron Complex Probe with High Biocompatibility for Tumor-Specific Magnetic Resonance Imaging

Accurate diagnosis of tumor characteristics, including its location and boundary, is of immense value to subsequent therapy. Activatable magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents that respond to tumor-specific microenvironments, such as the redox state, pH, and enzyme activity, enable better mapping of tumor tissue. However, the practical application of most reported activatable agents is hampered by problems including potential toxicity, inefficient elimination, and slow activation. In this study, we developed a zwitterionic iron complex (Fe-ZDS) as a positive MRI contrast agent for tumor-specific imaging. Fe-ZDS could dissociate in weakly acidic solution rapidly, accompanied by clear longitudinal relaxivity (r₁) enhancement, which enabled the complex to act as a pH-sensitive contrast agent for tumor-specific MR imaging. In vivo experiments showed that Fe-ZDS rapidly enhanced the tumor-to-normal contrast ratio by >40 %, which assisted in distinguishing the tumor boundary. Furthermore, Fe-ZDS circulated freely in the bloodstream and was excreted relatively safely via kidneys owing to its zwitterionic nature. Therefore, Fe-ZDS is an ideal candidate for a tumor-specific MRI contrast agent and holds considerable potential for clinical translation.     

Lanthanide(III) chelates as MRI contrast agents: A brief description

Magnetic resonance imaging (MRI) has become a prominent imaging technique in medicine. Gadoliniumbased contrast agents are extensively used to enhance the contrast between normal and diseased tissues through MRI scans. The article illustrates the paramount significance of such contrast agents in MRI applications. Clinically approved contrast agents as well as those in trial period are discussed. Important parameters, i.e. hydration number, rotational correlation time, and mean residence lifetime, influencing the relaxivity (sensitivity) of such agents are described in detail. Various approaches towards relaxivity enhancement are discussed with appropriate examples from the recent literature. A decrease in the Gdwater proton distance results in significant relaxivity enhancement. A comprehensive classification and explanation of Gd³⁺-based contrast agents are presented. Each class is explained with suitable examples. The stability of contrast agents is dependent on their chemical structure. Future contrast agents need to be tissue specific of high relaxivity, low toxicity, and lower administered dose for in vivo use.     

高分子辅助的纳米粒子造影增强材料

纳米技术和纳米医学的研究在生物医学、疾病诊断和治疗方面显示出了巨大的应用潜力. 有机荧光分子基检测技术已被广泛的用作造影和信号转换的工具用以测定痕量的分析物. 然而, 有机荧光分子基团的降解、光漂白作用使得其荧光的稳定性受到影响, 从而限制了它们在复杂的生理环境中的应用. 无机纳米粒子因其形状、尺寸和组成的不同而具有独特且稳定的光、电、磁及催化性能, 可用作新型的生物纳米造影材料, 能很好的解决造影检测技术所面临的难题. 并且, 纳米造影材料的表面修饰则可以提高它们的在生理条件下的稳定性和靶向生物活性分子的能力.