磁共振成像(MRI)因其具有高的空間分辨率和無創(chuàng)傷性已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床影像診斷中使用的一項重要技術(shù)。高品質(zhì)磁共振造影劑是增強磁共振成像效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對動脈粥樣硬化、心肌梗死等心血管疾病診斷的磁共振血管成像術(shù)，特別是利用安全高效造影劑來增強磁共振血管成像是研究的熱點問題之一。
MRI造影劑按照作用原理可分為縱向弛豫（T1）造影劑和橫向弛豫（T2）造影劑。目前臨床上使用的T1磁共振造影劑主要為釓的復(fù)合物（Gd-DTPA），即縮短T1而增強磁共振信號使圖像變亮。但是基于釓的造影劑存在一定的缺陷，如引發(fā)腎源性系統(tǒng)性纖維化，在組織中沉積的風(fēng)險以及較短的體內(nèi)循環(huán)時間等。近年來，研究人員重視研發(fā)基于納米尺寸鐵氧化物的磁共振造影劑。相對而言，鐵氧化物納米顆粒具有良好的生物相容性，通常被用于磁共振成像的T2造影劑（縮短T2而增強磁共振信號使圖像變暗），已在微小腫瘤MRI診斷取得重要研究進展。能否把生物相容性高的鐵氧化物納米顆粒作為T1造影劑？換句話說，細(xì)顆粒鐵氧化物顆粒（小于5 nm）是否有可能用作T1造影劑，從而為研發(fā)新型非釓類T1磁共振造影劑開辟新途徑。
最近，地球與行星物理院重點實驗室地磁場與生物圈演化學(xué)科組的蔡垚博士后與合作導(dǎo)師潘永信研究員等，利用基因工程異源表達(dá)的人H亞基空殼鐵蛋白為反應(yīng)模板，通過生物仿生礦化，合成了鐵蛋白殼內(nèi)含有赤鐵礦/磁赤鐵礦的磁性鐵蛋白鐵氧化物納米顆粒，平均粒徑分別為1.6 nm, 2.2 nm, 2.6 nm, 3.0 nm和4.7 nm。測試結(jié)果表明，平均內(nèi)核粒徑為2.2 nm的磁性鐵蛋白具有最高的縱向弛豫率，達(dá)到0.86 mM-1s-1。通過在實驗鼠上尾靜脈注射這種磁性鐵蛋白顆粒后進行磁共振血管成像，發(fā)現(xiàn)只需單次靜脈注射該磁性鐵蛋白納米顆粒，就能在2小時內(nèi)持續(xù)獲得血管的高分辨圖像（圖1），明顯優(yōu)于釓造影劑，釓造影劑在單次靜脈注射5分鐘后磁共振信號會迅速減弱。磁性鐵蛋白鐵氧化物顆粒在實驗鼠中的生物分布研究表明，肝，腎，脾是注射后的磁性鐵蛋白主要分布臟器，且于注射后第二天這些臟器的鐵含量就降低到正常值，不會引發(fā)過量鐵負(fù)荷的風(fēng)險；同時，組織病理檢驗表明實驗鼠的主要臟器均無異常發(fā)生（圖2）。
磁性鐵蛋白納米顆粒具有固有腫瘤生物靶向性、鐵氧化物核粒徑可控、生物相容性高等明顯優(yōu)勢，具備研發(fā)高品質(zhì)T1和T2磁共振造影劑的優(yōu)良條件。這項研究也是基于鐵蛋白殼多功能磁性納米材料用于診斷和治療一體化試劑研究的新進展。
圖1 磁性鐵蛋白鐵氧化物納米顆粒用于實驗鼠磁共振血管成像。右上：腦部血管; 右下：全身血管
圖2 實驗鼠注射磁性鐵蛋白鐵氧化物納米顆粒1天和15天后，分別對各主要臟器進行組織病理檢驗，未發(fā)現(xiàn)異常
研究成果發(fā)表于Nanoscale上，并被選為封面文章。Cai Y, Wang Y, Xu H, et al. Positive magnetic resonance angiography using ultrafine ferritin-based iron oxide nanoparticles[J]. Nanoscale, 2019, 11: 2644-2654. DOI: 10.1039/C8NR06812G (原文鏈接）
