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Chem:基于含氟离子液体的新型19F-MRI平台

磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)具有无电离辐射、非介入性、组织高分辨和断层扫描等特点,在临床医学诊断中占据不可或缺的地位。目前的MRI主要是对氢原子核(1H)的成像,即 1H-MRI。由于活体中含有大量水分子 (总质量的65−80%),1H-MRI仍然受信噪比、对比度和伪影等问题的困扰。19F-MRI是从根本上解决1H-MRI背景问题的有效途径。目前的19F-MRI研究主要使用全氟化碳(Perfluorocarbons)或三氟甲基化合物作为氟源,然而全氟化碳和三氟甲基的非极性限制了应用范围。发展水溶性氟源具有重要意义。一些含氟阴离子,如四氟硼酸(BF4-)和三氟甲磺酸(OTf-),具有水溶性好、氟元素浓度高且同化学位移的优点,是理想的氟源,然而不易修饰的化学惰性使其在19F-MRI研究中鲜有报道。


近日,厦门大学高锦豪教授联合信阳师范学院朱祥龙博士发展了一种基于含氟离子液体的19F-MRI平台,其模块化设计实现了对多种生物目标物的响应成像。研究人员将中空介孔二氧化硅纳米颗粒(HMS)分散于熔融态离子液体中,离子液体装载入HMS的空腔并原位包裹响应聚合物。该策略巧妙地利用了离子液体的熔点,通过液—固两相转化,使离子液体既作为负载物也作为溶剂,实现了高负载率和稳定性。作者基于三种具有适合熔点的离子液体成功构建19F探针,同时通过包裹不同响应性的聚合物分别赋予探针pH和MMP(基质金属蛋白酶)响应能力。


被负载在探针中的离子液体,分子运动受限,表现出明显的横向弛豫增强效应,横向弛豫时间(T2)由自由状态约4.5 sec缩短到负载状态约0.1 sec,导致19F磁共振信号强度大幅下降,即此状态下探针的19F信号为“关”。当探针处于特定环境(如肿瘤微环境的弱酸性或MMP存在)时,聚合物包裹层降解,所负载的离子液体释放到溶液中,T2恢复,即19F磁共振信号 “开”。作者对离子液体释放的动力学进行了分析,发现释放速度受到pH、温度、聚合物层厚、离子液体种类的影响,并跟踪到聚合物包裹层的解离过程。


探针具有较好的生物相容性和安全性。由于低pH和MMP都是肿瘤组织微环境的特征,作者验证了探针在细胞和活体水平对肿瘤产生特异性响应。作者搭建的这种多功能“关-开”响应19F磁共振探针平台实现了在活体水平多种生命体系特征分子的原位实时灵敏19F磁共振成像与可视化,为19F-MRI的发展开拓了新的方向。


相关工作发表在Chem 上,第一作者为信阳师范学院的朱祥龙博士,通讯作者为厦门大学的高锦豪教授。


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):

A Fluorinated Ionic Liquid-Based Activatable 19F MRI Platform Detects Biological Targets

Xianglong Zhu, Xiaoxue Tang, Hongyu Lin, Saige Shi, Hehe Xiong, Qiuju Zhou, Ao Li, Qiaoyang Wang, Xiaoyuan Chen, Jinhao Gao*

Chem, 2020, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.01.023


导师介绍

高锦豪

https://www.x-mol.com/university/faculty/14117


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