生物醫(yī)學(xué)活體成像技術(shù)在疾病的早期診斷、藥物篩選、治療效果評(píng)價(jià)等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。目前生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)應(yīng)用于活體分子成像方面，依然受限于信號(hào)穿透深度的問(wèn)題，生物標(biāo)志物濃度低，以及極度復(fù)雜的人體環(huán)境。
目前，如何能夠直接在活體水平對(duì)對(duì)疾病的發(fā)生、發(fā)展和病變進(jìn)行可視化研究，依然面臨著很多挑戰(zhàn)。
磁性粒子成像（MPI）是一種新型生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。與傳統(tǒng)的磁共振成像（MRI）不同是，MPI是通過(guò)直接探測(cè)磁性粒子在磁場(chǎng)中的響應(yīng)性變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁性粒子空間分布的直接成像。
圖1. MPI 成像原理（Nature，2005,435, 1214）
目前，MPI的關(guān)鍵瓶頸在于缺乏有效MPI造影劑。
如果直接將MRI的造影劑用于MPI，通常會(huì)產(chǎn)生較弱的MPI信號(hào)或者無(wú)MPI信號(hào)。原本適用于MRI的影響規(guī)律，也并不完全適用于MPI。這就要求人們繼續(xù)發(fā)展適用于MPI的成像規(guī)律和開(kāi)發(fā)高效MPI的造影劑。
近日，湖南大學(xué)宋國(guó)勝教授與斯坦福大學(xué)饒江宏教授合作，通過(guò)系統(tǒng)的磁性粒子的組成、結(jié)構(gòu)、尺寸、組分對(duì)MPI信號(hào)的影響，獲得了影響MPI成像信號(hào)的作用規(guī)律和關(guān)鍵原理，開(kāi)發(fā)了新型磁性粒子探針（FeCo@C合金粒子），并首次將于應(yīng)用于磁性粒子成像（MPI）。
圖2. 高飽和磁化率的FeCo@C納米粒子
與商用的MPI的造影劑（氧化鐵）相比，他們利用FeCo的高飽和磁化率的性質(zhì)，大大提高的MPI，其FeCo合金粒子的MPI信號(hào)強(qiáng)度其是商用造影劑的6-15倍。考慮的FeCo易被氧化的特性，利用CVD法制備了FeCo@C的納米粒子，利用碳層的保護(hù)作用，提高了探針的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
圖3. 高靈敏MPI成像可以清晰看見(jiàn)5ng FeCo 探針
值得一提的是，相對(duì)于MRI檢測(cè)水質(zhì)子的弛豫率的信號(hào)來(lái)說(shuō)，F(xiàn)eCo磁性粒子在MPI中產(chǎn)生的磁化率是水質(zhì)子在MRI中的百萬(wàn)倍。由于磁性信號(hào)的高穿透性，可以清楚看到磁性探針在全身的各處的分布，其產(chǎn)生的成像信號(hào)不會(huì)受到組織影響的而衰減。
圖4. FeCo產(chǎn)生的MPI信號(hào)無(wú)組織穿透深度限制
更重要的是，可以看得清極低含量的造影劑（5 ng），其靈敏度遠(yuǎn)高于MRI。由于人體中本身沒(méi)有磁性粒子的，所以磁性造影劑產(chǎn)生的信號(hào)，不會(huì)受到其他組分的干擾（比如占人體70%的水），這可以極大地提高成像的信噪比。此外，為了提高探針的腫瘤靶向能力，他們還通過(guò)制備Janus結(jié)構(gòu)的方法，獲得高腫瘤靶向能力的光磁納米粒子，可以清楚看見(jiàn)原位乳腺癌和深度腦膠質(zhì)瘤。
圖5. MPI/CT全身可視化腫瘤成像以及腦膠質(zhì)瘤成像
這項(xiàng)技術(shù)將為干細(xì)胞示蹤、腦中風(fēng)、藥物輸送治療、肺部灌注成像、胃腸出血、神經(jīng)退行性疾病、腫瘤早期診斷等的研究，提供了能夠在活體精準(zhǔn)測(cè)量的有力工具。
宋國(guó)勝教授課題組網(wǎng)站：
http://grjl.hnu.edu.cn/cc?code=3A9DA10AEC03E9909BE4A4A5624CF1A9
參考文獻(xiàn)：
(1) Song*, Rao* et al. Carbon-coated FeCo nanoparticles assensitive magnetic-particle-imaging tracers with photothermal andmagnetothermal properties. Nat. Biomed. Eng. 2020, DOI, 10.1038/s41551-019-0506-0,https://www.nature.com/articles/s41551-019-0506-0
(2) Song, Rao* et al. A Magneto-Optical Nanoplatform forMultimodality Imaging of Tumors in Mice. ACS Nano 2019, 13, 7750.
(3) Song, Rao* et al. Janus Iron Oxides @ SemiconductingPolymer Nanoparticle Tracer for Cell Tracking by Magnetic Particle Imaging.Nano Lett. 2018, 18, 182
