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厦门大学高锦豪教授团队 Chem. Biomed. Imaging |(综述)基于纳米颗粒的可激活MRI探针用于疾病成像和监测

2023/6/13 10:24:00  阅读:84 发布者:

英文原题:Nanoparticle-Based Activatable MRI Probes for Disease Imaging and Monitoring

作者:Yifan Fan, Limin Chen, Yuanxi Zheng, Ao Li, Hongyu Lin*, and Jinhao Gao*

背景介绍

传统的医学影像诊断依赖于识别病变组织在解剖学方面的异常。磁共振成像(MRI)由于其对软组织解剖学细节的良好呈现能力,在临床上得到了广泛应用。然而,随着对各种疾病研究的深入,特别是在分子水平的探索,研究人员逐渐意识到分子信息层面的异常往往比解剖学层面的病变更早出现。因此,旨在利用MRI技术收集生物体内各种分子信息的分子成像成为医学诊断的研究热点。得益于纳米技术的快速发展,许多基于纳米颗粒的可激活MRI探针被开发出来。它们通过分子靶标所触发的信号变化来实现病变部位的可视化监测。

近日,厦门大学化学化工学院高锦豪教授课题组在发表于Chem. Biomed. Imaging期刊的综述中总结了可激活MRI纳米探针在癌症、炎症和神经退行性疾病病理特征成像方面的最新进展,重点介绍了这些探针的设计策略和成像应用。此外,该文还讨论了可激活MRI纳米探针的发展前景和挑战。

本文要点

1)随着现代生物医学研究的不断深入,磁共振成像(MRI)逐渐从一个非特异性的物理成像工具演进成为一个特异性的生物分子成像手段。随着纳米技术的不断进步,磁共振纳米探针在过去几十年中得到了空前的发展。一系列生物分子激活的MRI纳米探针被开发出来用于各种病变组织的成像,为疾病研究和诊断提供了更准确、更全面的信息,为MRI探针的进一步发展指明了一个充满希望的方向。在这篇综述中,作者分别总结了可激活MRI纳米探针(包括用于1H MRI19F MRI的两大类探针)在肿瘤、炎症和神经退行性疾病等领域的应用现状,重点讨论了它们的设计策略、工作原理以及实际应用。

2)癌症是由控制生长和增殖的细胞机制异常引起的疾病。目前,癌症仍是造成人类主要死亡的原因之一。实体瘤是最常见的癌症类型,是具有复杂生物微结构和特殊微环境的异常组织。其中,乏氧(hypoxia)、过酸(acidosis)以及谷胱甘肽(GSH)和过氧化氢水平上调等是其异于正常组织的显著特征。因此,一系列肿瘤微环境刺激响应的MRI纳米探针被开发出来,为肿瘤诊断提供更准确的生物信息。作者对这些探针的设计策略和具体应用进行了总结。

3)炎症是一个基本的免疫过程。在这个过程中,身体受到各种伤害因素(细菌、病毒、损伤等)的刺激,从而产生防御反应。失控的炎症反应通常会导致一系列疾病。基于炎症微环境异于正常组织的显著特征,如促炎细胞因子和趋化因子、活性氧物种(ROS)以及相关的酶等标志物水平的上调,研究人员已经开发了一系列刺激响应型MRI纳米探针用于炎症微环境中的生物分子可视化,从而实现炎症部位的精确诊断。作者分别列举了基于ROSGSH以及酶响应的MRI纳米探针在炎症监测方面的研究进展,并且对其诊断机理以及应用前景进行了讨论。

4)神经退行性疾病是一种由神经功能障碍引起的疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫,严重影响着老年人的健康。神经退行性疾病微环境具有神经炎症、金属离子失衡、ROS和蛋白质积累等特点。由于利用率低和靶向性差,传统药物往往无法对神经退行疾病提供准确的诊断和有效的治疗。刺激响应型的MRI纳米探针有望通过对神经退行疾病微环境中生物分子的特异性识别来实现疾病诊断与疗效分析,从而为神经退行性疾病的临床治疗提供有价值的参考。在这篇综述中,作者对当前激活型MRI纳米探针用于诊断癫痫疾病和阿尔兹海默症疾病的研究现状进行了总结,并对新型探针的设计思路和应用前景进行了展望。

5)一系列刺激响应型MRI纳米探针的成功应用表明了同时获取解剖学细节和收集分子信息在医学上的重要意义,这将彻底改变目前收集单一病理信息的诊断模式。然而,要加快其临床转化,仍有几个重大挑战需要解决。激活型1H MRI探针的灵敏度因活体中的高1H信号背景而受到显著影响,而激活型的19F MRI探针的灵敏度仅允许其检测毫摩尔或亚毫摩尔水平的生物分子。此外,可激活MRI目前仅能涵盖少数类型的疾病,其应用范围需要大幅扩展以满足分子成像时代的需求。幸运的是,研究人员已经提出了一些潜在的方案来解决这些问题,例如提高磁场强度和开发高效的脉冲序列等方法。与此同时,一些新兴设计策略的出现也将进一步改善探针的性能。比如,将信号放大技术应用于MRI探针有可能实现灵敏度的显著提升。因此,这些令人兴奋的进展以及进一步的发展方向清楚地表明,响应型的MRI纳米探针有望在未来实现更精准的疾病诊断。

转自:ACS美国化学会”微信公众号

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