[好文章,你推荐!]Magnetic Nanomaterials a MRI Contrast Agents

国家纳米中心高分子材料加工工程刘洋推荐的图书章节:

标题:Magnetic Nanomaterials as  MRI  Contrast Agents 

本书内容:Nanomaterials for the Life Sciences Vol. 4: Magnetic Nanomaterials.  ISBN: 978-3-527-32154-4          http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9783527610419.ntls0166/abstract

本章开头介绍了磁性造影的基本概念,即是一种用于医疗诊断和治疗的成像技术。通过注射的MRI造影剂,可缩短组织在外磁场作用下的共振时间、增大对比信号的差异、提高成像对比度和清晰度。同时,指出了磁性纳米颗粒作为造影剂的三个优势:1、它能提供生物体内软组织的详细信息。2、是一种功能影像的检查方法,影像可以和当时的生化过程和代谢直接相关。3、MRI是以一种动态的影像学形式展示的。

下一部分介绍了MRI造影剂的分类,基于纳米粒子的化学本质的不同和使用的不同,可以大致将其分为三大类:磁性氧化物为基体的纳米粒子、金属和金属合金为基体的纳米粒子、稀有元素(Gd和Dy)螯合物为载体的纳米复合物。随后分别介绍了三种类型的造影剂的特点和具体运用的实例。

然后,下一节介绍了磁性造影剂在运用中需要解决的一个重要的问题,即保持其悬浮液的稳定性能和。如果磁性纳米粒子发生团聚,则有可能无法对实验体进行的有效静脉的注射,同时可能由于团聚的颗粒增大使得弛豫信号发生增大或减小的影响,从而影响其临床的使用。因此,解决磁流体稳定性的研究非常重要。于是,研究者们通过在磁性纳米粒子的表面,包覆不同的材料以解决其悬浮液稳定性的问题。本文介绍了三种类型的包覆物质:单体有机稳定剂,聚合物稳定剂,和无机涂层。并随后具体介绍了这三种不同类型磁性纳米粒子造影剂。

下一节,介绍了磁性纳米粒子悬浮液的特性和具体的表征方法。MRI造影剂作为一个新兴的磁性元,其对纳米粒子的大小、形状和团聚有很强的敏感性。因此,其对悬浮液进行相关性质的表征,如其用TEM对纳米粒子大小进行的表征、测定磁性纳米粒子的磁性滞后和剩余磁化率、通过光子相关光谱法(PCS)测定其流体动力学的粒子尺寸大小(这是一种快速原位检测平均粒径的方法)和利用核磁共振色散(NMRD)的快速电磁开关,测定磁性胶体分散液自旋-晶格弛豫时间T1。

下一节,介绍了一个普遍接受的SPM理论,即水的弛豫是由于超顺磁纳米粒子的存在。同时,指出分散悬浮高频拐点是由其决定的,拐点的最大值对纳米粒子的大小很敏感。这一理论被运用到超顺磁磁性纳米氧化铁颗粒,通过考虑水中弛豫的1H核传递到磁核的作用。这个方法已经被证明可以重现,在化学诱导已商业化运用的超顺磁纳米颗粒絮凝的自旋-晶格弛豫的的变化。化学团聚的的形成将会很大的影响磁流体的额组成,组要是改变了有效磁各向意向异性的能量。

在最后并举出了弛豫时间的测量的一般性运用,介绍了三个课题组的的研究成果,并指出其研究成果对于现阶段的应用展望。

后一节,本书就具体的介绍了磁性纳米粒子在MRI中的应用,主要是临床上的应用,如用于消化道和胃肠的造影成像、肝脾的成像、淋巴结成像、骨髓成像、脑成像、血池成像和磁共振血管造影、动脉粥样硬化成像等,还指出了造影剂许多潜在的临床运用,如细胞的示踪和标记、分子影像等。

本书最后一节对目前研究的一个概括,指出虽然目前的研究还不是很全面。但是,还是有一个研究的轮廓去指导方向,一个是材料领域开发新的磁性材料和影像领域的的创新和进步。在这个原则下,指出了3种方式去提高造影质量,分别为:1、提高影像硬件。2、引进新的实验和脉冲序列来开发试剂的性质。3、改善剂本身的特性和功能。

文章的发现

关于本文的发现,是由于刚开始接触到造影剂的课题时,由于不是特别的了解,其基本的意义和相关的运用。即使之前阅读过一些相关的文献,但是基本的概念和现有相关研究的方向不是很了解,于是在网上,急切想找到一些关于磁性纳米粒子在MRI中的运用的书或文章,于是就在Wiley Online Library中检索,就收到了此篇文章。

推荐理由

对于本篇文章,对我了解MRI造影剂的特点和作用有很大的影响。由于自己也正处于该研究的初级阶段,对于其中需要注意地方和造影剂的研究重点和难点不是特别的清楚。但是,本篇文章就进行一些相应的解释。例如在第二节的部分,

本文就详细的介绍了用于造影的三种类型的磁性纳米粒子,如磁性氧化物为基体的纳米粒子、金属和金属合金为基体的纳米粒子、稀有元素(Gd和Dy)螯合物为载体的纳米复合物。而我研究的类型,刚好就是其中的磁性氧化物纳米粒子(Fe3O4纳米颗粒)。同时更具其粒径的不同,还将其进行了分类,

有超小氧化铁粒子(USPIN,大小10nm-40nm)、小粒子氧化铁粒子(SPIN,大小60nm-200nm)和口服型大粒子(大小300nm-3.5μm)。根据不同的大小粒径其具有不同的弛豫时间强度(即T1和T2),因此,用途也不尽相同。这对于我后期合成不同大小和不同用途的磁性纳米粒子提供了一定的指导作用。

再例如,合成磁性Fe3O4纳米颗粒的过程中,经常出现也是需要解决的一个非常重要的问题,就是尽量较少磁性粒子的团聚现象,因为一旦团聚,将会对后来的造影剂注射,还是弛豫时间的测定带来很大的影响。

因此,本书的第三节就着重介绍了修饰磁性纳米粒子的方法和修饰物质的分类,分别为单体有机稳定剂,聚合物稳定剂,和无机涂层。

并举出了一些研究的实例和参考文献,具体介绍每一类修饰物质的作用机理和效果。这对于我的实验课题有着莫大的帮助,因为在在之前的试验中,经常出现很明显的团聚或者聚沉的现象,使得粒径的分布过宽,同时粒径较大。不利于我后续的生物实验(即注射到小白鼠体内进行造影,观察磁性粒子的效果和作用)。通过,其举出的一些研究实例和已经商业化生产的产品,我可以从中获取一些重要的信息,其指出一个影响稳定性的重要因素是Zeta电位(ζ),并指出在给定的PH下,当-30mA<ζ<30mA时,粒子可以具有很好稳定性。如产品名为VSOP – C184 的造影剂,利用柠檬酸作为稳定剂,使其ζ的值在那个范围内。因此,无论是注射前还是注射到生物体内后,都具有很好的稳定性(且柠檬酸具有无毒和很好的生物相容性)。这为我后续的实验提供了很好的指导作用。

同时,后面的的一节介绍了为进一步运用到生物体内,进行细胞靶向实验和分子影像实验时需要进一步对磁性纳米粒子进行修饰,以提供分子进行具体的生物位点的识别。因此,矢量化的过程非常重要,既可以提高生物相容性,又可以减少潜在的毒性。这为后期可进行生物靶向或者药物的靶向释放,提供了一定的指导作用。

主要的矢量化的方法有以下两种类型:1、通过离子键或吸附作用的非键合式接枝生物大分子。2、通过很强的化学键键合生物大分子。这两种对我试验具有一定的知道作用。并且本文还举出了一些具体的实例文献,分别介绍了这两种方法。

本章内容的后半部分,作者也举出了许多很经典的研究实例和具体的临床的运用。这些已经相对成熟和开始运用的改性的磁性纳米粒子,对于我来说也是具有很大的借鉴意义,我可以从这些已经使用的例子中找取相关的临床信息,这是无法从实验中的得到的(实验对象不同)。

希望能够更多的了解和阅读 Wiley Online Library 上更多的文章内容,不断地丰富和强化自己的认知能力和创造力!