湖南大学宋国胜教授（点击查看介绍）在全身可视化活体成像新技术方面取得最新研究成果。该研究工作以 “Carbon-coated FeCo nanoparticles as sensitive magnetic-particle-imaging tracers with photothermal and magnetothermal properties”为题发表在生物医学工程领域的顶级期刊《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering, IF = 17.135）。

人们发现很多在细胞水平的研究规律不能完全适用于动物水平，在小动物水平的研究结论也不能直接应用于人体水平。对就要求科学家对重大疾病的发生、发展以及治疗机制的研究在活动物上开展直接和无损的研究。然而在活体水平开展的研究，比细胞水平存在着更多的困难。例如大部分成像信号无法穿透较厚的生物组织，标志物浓度通常很低，并且人体微环境极度复杂等。如何能够直接在活体水平对疾病的发生、发展和病变进行可视化研究，依然面临着很多挑战。目前在临床上，磁共振成像（MRI）是重要的生物医学影像诊断技术。MRI成像具有足够探测到足够深的组织部分，可对人体进行全身扫描，在疾病的早期诊断、药物筛选、治疗效果评价等方面发挥着越来越重要的作用。但是将MRI应用于分子影像时，其关键瓶颈在于MRI成像的灵敏度较低（µm-mM），难以满足对大多数生物学事件进行检测。

磁性粒子成像（MPI）是一种新型生物医学影像技术。与传统的MRI不同是，MPI是通过直接探测磁性粒子在磁场中的响应性变化，实现对磁性粒子空间分布的直接成像。目前，MPI的关键瓶颈在于缺乏有效MPI造影剂。如果直接将MRI的造影剂用于MPI，通常会产生较弱的MPI信号或者无MPI信号。原本适用于MRI的影响规律，也并不完全适用于MPI。这就要求人们继续发展适用于MPI的成像规律和开发高效MPI的造影剂。

3D MPI–CT images of mice before and after injection with FeCo@C-PEG nanoparticles。图片来源：Nat. Biomed. Eng.

针对该问题，湖南大学宋国胜教授与斯坦福大学饶江宏教授合作，通过系统的研究，获得了影响MPI成像信号的作用规律和关键原理，开发了新型磁性粒子探针（FeCo合金粒子），并首次将于应用于磁性粒子成像（MPI）。其FeCo合金粒子的MPI信号强度是商用造影剂的6-15倍。MPI直接探测磁性粒子在磁场中的响应性变化，相对于MRI检测水质子的弛豫率的信号来说，FeCo磁性粒子在MPI中产生的磁化率是水质子在MRI中的百万倍。由于磁性信号的高穿透性，可以真正的看的见磁性探针在全身的各处的分布，其产生的成像信号不会受到组织影响的而衰减。重要的是，可以看的清极低含量的造影剂（5 ng），其灵敏度远高于MRI。这意味着，进行未来人体成像时，可以使用更小的剂量的造影剂，可避免高剂量造影剂引起的肾和肝的损伤。由于人体中本身没有磁性粒子的，所以磁性造影剂产生的信号，不会受到其他组分的干扰（比如占人体70%的水），基于MPI的直接成像原理，可以利用造影剂进行无背景干扰的活体成像，这可以极大地提高成像的信噪比，可以精确识别造影剂在体内的分布。由于部分磁性粒子（氧化铁）已经被FDA批准用于人体，因此该成像技术具有非常高的临床应用前景。通过上述高性能的磁性造影剂，可以清楚的看见“小尺寸肿瘤”，“原位乳腺癌”，“原位脑胶质瘤”。这项技术将为免疫细胞示踪、脑中风、药物输送治疗、肺部灌注成像、胃肠出血、神经退行性疾病、磁热治疗等的研究，提供活体精准测量的成像手段。

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）：

Carbon-coated FeCo nanoparticles as sensitive magnetic-particle-imaging tracers with photothermal and magnetothermal properties

Guosheng Song*, Michael Kenney, Yun-Sheng Chen, Xianchuang Zheng, Yong Deng, Zhuo Chen, Shan X. Wang, Sanjiv Sam Gambhir, Hongjie Dai, Jianghong Rao*

Nat. Biomed. Eng., 2020, DOI, 10.1038/s41551-019-0506-0

导师介绍

宋国胜

https://www.x-mol.com/university/faculty/66351

参考文献：

1. A Magneto-Optical Nanoplatform for Multimodality Imaging of Tumors in Mice. ACS Nano, 2019, 13, 7750.

2. Janus Iron Oxides @ Semiconducting Polymer Nanoparticle Tracer for Cell Tracking by Magnetic Particle Imaging. Nano Lett., 2018, 18, 182