Exploration :动态转换磁共振成像造影剂

临床上,造影剂的使用能够强化病变部位与正常组织之间的磁共振成像信号差异,从而提高疾病诊断的灵敏度和准确度。然而,由于体内多重生理及病理屏障阻碍了造影剂的靶向递送,常规浓度依赖型造影剂的成像效果受到限制,难以精准识别微小病灶。值得注意的是,动态转换磁共振造影剂能够在疾病微环境刺激下发生结构、电荷及组装行为等的变化,从而导致其对水质子弛豫的影响发生改变,进而实现成像功能在疾病部位定点可控激活。这在很大程度上减少了造影剂体内非特异性分布对成像效果的影响,能够精准有效地实现对疾病部位的成像。

图1. 动态转换磁共振造影剂在疾病微环境刺激下发生结构改变,进而实现成像信号定点可控激活。

上海交通大学凌代舜教授团队和浙江大学李方园教授团队近日在Exploration上发表了题为“Dynamically Switchable Magnetic Resonance Imaging Contrast Agents”的前瞻性文章。作者提出的基于动态转换磁共振造影剂的成像策略,有望在临床诊断中实现成像信号在疾病部位特异性“开启”、在正常组织“关闭”,对于重大疾病早期诊断、微小病灶精准定位方面具有广阔的应用前景。文章介绍了动态造影剂的设计构建,及其可调控的成像功能转换性能对疾病诊断的影响,并对其当前面临的挑战和未来发展方向进行了展望。

作者们首先以相关文献为例,重点介绍了疾病部位T1信号激活和T1-T2信号双激活两种动态磁共振造影剂的巧妙设计、信号可控转换机理及其在重大疾病灵敏诊断,尤其是微小病灶成像方面发挥的重要作用。最后,深入讨论了现阶段动态磁共振造影剂基础研究和临床转化方面存在的挑战及未来发展方向,比如研发可经肾清除的动态造影剂以提高其生物安全性,研究基于动态造影剂的疾病诊疗一体化应用以及在大动物体内评估动态造影剂的成像性能等等。除此之外,高场磁共振成像系统(≥7T)具有更高的分辨率,是未来磁共振成像技术的发展趋势之一。然而高场成像系统也对造影剂的设计有更高的要求,作者提出开发适用于高场的动态磁共振造影剂,结合高场体系高分辨率的优势,以及动态造影剂高特异性、灵敏性的特点,有望最终实现组织病理学水平的非侵入性疾病可视化。

图2. 动态磁共振造影剂的未来发展方向

通讯作者简介

凌代舜,上海交通大学变革性分子前沿科学中心/化学化工学院/转化医学研究院教授,国家海外高层次人才引进计划,国家优秀青年科学基金获得者,国家重点研发计划青年科学家项目首席,《纳米生物科技》2021年度“未来之星奖”获得者。担任Exploration副主编,J. Control Release助理主编,Adv. Drug Deliv. Rev.专刊主编和Sci. Bull.编委等。迄今,已发表SCI论文120余篇,他引>7500次,ESI高被引论文8篇,以通讯或第一作者在Nature Nanotechnol.Nature Mater.Nature Biomed. Eng.Nature Commun.J. Am. Chem. Soc.Adv. Mater.Angew. Chem. Int. Ed.等著名国际刊物上发表论文80余篇,应邀参编英文学术著作3部,授权国际和国内发明专利30余项。长期从事自组装生物材料的可控合成、化学生物学和医学应用研究,在影像探针设计、组装调控、多维度精准成像分析等方向取得了系列创新研究成果。设计开发了一系列创新性动态变构诊疗探针:包括离子特异性、高灵敏的荧光探针用于神经系统疾病的早期诊断和监测;以及根据高场磁共振设计的高性能磁性探针用于原位肿瘤、微小转移灶及其肿瘤周边血管分布情况的超高分辨成像等。李方园,浙江大学药学院PI,副教授,博士生导师。主要从事多功能纳米材料的制备及其生物医药应用的研究。迄今,已发表论文70余篇,他引超过2100次,以通讯或第一作者(含共同)在Nature Nanotechnol.Adv. Mater.J. Am. Chem. Soc.等著名国际刊物上发表论文47篇。担任SCI期刊Frontiers in Molecular Biosciences客座编辑,中国生物物理学会材料生物学与智能诊疗技术分会常务委员兼秘书长。

本文内容基于Wiley出版集团合作期刊Exploration第一卷第二期以Perspective发表的“Dynamically switchable magnetic resonance imaging contrast agents” DOI: 10.1002/EXP.20210009

引用格式:Q. Wang, Z. Liang, F. Li, J. Lee, L. E. Low, D. Ling, Exploration2021, e210.
https://doi.org/10.1002/EXP.20210009