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基于磁共振多模态影像同机融合的新型肿瘤影像探针取得系列重要进展

恶性肿瘤的精准诊断是目前临床医学最具有挑战性的瓶颈难题之一。恶性肿瘤组织生物学特征的精准描绘,特别是肿瘤微环境的高灵敏检测,对于临床治疗方案的制定和疗效的准确评估具有重要的指导意义。分子影像学的发展,特别是多模态影像探针的研发,为临床肿瘤的精准诊断提供了新的思路和发展空间。然而遗憾的是,现有多模态影像探针需要在不同影像仪器设备之间切换成像,降低了检测结果的可靠性和重复性。因此,开发基于单一影像仪器设备下的多模态影像探针,用于恶性肿瘤的精准诊断,已成为临床医学的迫切需求。磁共振成像(MRI)的诸多应用优势,特别是可多序列成像的特点,使其成为最佳的选择之一。因此,研发基于单一MRI仪器设备的多模态影像探针,有望为肿瘤的精准影像诊断和高效治疗提供切实可行的指导方案。


近期,华东师范大学化学与分子工程学院、上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室步文博教授与同济大学附属同济医院王培军教授的合作团队,在基于磁共振多模态影像同机融合的新型肿瘤影像探针的设计、制备及其用于肿瘤精准诊断研究中取得了系列重要进展。首先,针对恶性肿瘤病灶区内的血管微环境难以实时动态影像监测的难题,基于该团队前期工作中发现的氧空位增强无机PEG-NaxGdWO3影像探针磁共振影像性能的现象(ACS Nano, 2017, 11, 4256-4264),提出了“基于氧空位(缺陷)调控的磁共振影像增强”新策略,利用氧化铈材料体系氧空位缺陷易调控的特性,设计制备了具有超高造影性能(临床Gd剂的五倍)的氧空位强化的PEG-CeO2:Gd(约4纳米)磁共振影像探针。基于DWI(磁共振弥散成像)/DCE-PWI(灌注动态对比增强影像)双模态磁共振影像模式,该影像探针成功应用于早期肿瘤的血管造影及肿瘤血管微环境的检测,显著提高了肿瘤病灶区微环境检测的灵敏度。研究人员通过巧妙利用氧化铈材料体系中PEG-CeO2:Gd影像探针氧空位易调控特性以及氧空位独特的结合水分子能力,显著影响水分子与Gd3+的相互作用,缩短其弛豫时间(提升DCE-PWI信号),同时抑制水分子的弥散过程,进而显著增加肿瘤区域的DWI信号灵敏度,赋予探针具有DWI/DCE-PWI双模态磁共振影像检测功能。值得一提的是,该工作提出利用材料本身的结构性质调控影像信号的新思路,进一步拓宽了磁共振影像探针在多模态同机融合检测肿瘤方面的应用。相关研究成果已在线发表于ACS Nano[1]


其次,针对目前磁共振影像探针无法同时实现在中、高场强下对肿瘤精准定位和肿瘤微环境pH变化灵敏检测的难题,该研究团队基于前期工作(ACS Nano, 2016, 10, 3783-3790),进一步提出了“肿瘤酸性微环境诱导自聚集调控磁化率”的新策略,通过磁共振双模态影像探针NaGdF4@PDA@PEG的巧妙设计和构建,在单台3.0T MRI仪器设备下,成功实现了肿瘤结构成像(T1 加权成像, 简称T1WI)和肿瘤微环境pH功能成像(磁敏感加权成像, 简称SWI)的同机完美融合。纳米探针NaGdF4@PDA@PEG较高的纵向弛豫率(r1 =4.67 mM-1s-1),赋予其显著的T1结构成像能力,可以用于肿瘤的准确空间定位;更重要的是,利用纳米探针在肿瘤酸性微环境诱导自聚集功能,赋予探针磁化率易调控特性,借助于高灵敏的SWI磁共振成像技术,实现了对肿瘤微环境pH变化的高灵敏检测。该研究策略不仅拓展了磁共振影像探针在恶性肿瘤精准诊断方面的应用范围,也为其它材料体系的多模态影像探针的设计提供了崭新视角。相关研究成果已在线发表于Adv. Funct. Mater.[2]


上述系列研究工作得到了国家自然科学基金(杰青)、科技部重点研发专项、上海市优秀学术带头人计划和“科技创新行动计划”纳米科技专项等支持。


1. 该论文作者为:Chulun Shao, Aijun Shen, Meng Zhang, Xianfu Meng, Chaolin Song, Yanyan Liu, Xiaolong Gao, Peijun Wang, Wenbo Bu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Oxygen Vacancies Enhanced CeO2:Gd Nanoparticles for Sensing a Tumor Vascular Microenvironment by Magnetic Resonance Imaging

ACS Nano, 2018, 12, 12629–12637, DOI: 10.1021/acsnano.8b07387


2. 该论文作者为:Aijun Shen, Xianfu Meng, Xiaolong Gao, Xiaowen Xu, Chulun Shao, Zhongmin Tang, Yanyan Liu, Wenbo Bu, Peijun Wang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

An Adaptable Nanoplatform for Integrating Anatomic and Functional Magnetic Resonance Imaging under a 3.0 T Magnetic Field

Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201803832


导师介绍

步文博

https://www.x-mol.com/university/faculty/37842


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