韩国首尔基础科学研究所(IBS)纳米医学中心的CHEON Jinwoo教授带领一个研究团队,开发出一种新型纳米MRI灯:新技术平台只会在某个目标疾病存在时“点亮”MRI信号。
这项研究发表于《Nature Material》。这种纳米MRI灯可以克服现有MRI造影剂的局限性。
MRI(核磁共振成像)是一种非常流行的无创诊断技术,非常重要的一点是它没有有害辐射。有些组织在MRI上具有天然的对比度,但在对一些特殊类型的组织进行成像时,患者需要使用一些造影剂来提高靶区与身体其他部位的对比度。
Cheon教授解释说:“典型的MRI造影剂,如钆,将在‘点燃’状态下注射,然后它将在整个生物系统中广泛分布,具有相对大量的背景信号。”“我们发现了一种新的原理,可以只在目标位置‘点亮’MRI造影剂。”
IBS的科学家发现了一种通过纳米MRI灯来“开/关”信号的方法。
纳米MRI灯技术包括两种磁性材料:猝灭剂(磁性纳米颗粒)和增强剂(MRI造影剂)。这种转换与两个纳米粒子之间的距离有关。
当两种材料之间的距离超过7 nm时,MRI信号开启,但当两者之间的距离小于7nm时,MRI信号关闭。研究人员将这种现象命名为磁响应调谐(MRET),这类似于强大的荧光共振能量转移(FRET)光学传感技术。
这个信号是由于增强子的自旋电子的快速振动。电子的快速翻转影响水分子,其能量发射被检测为MRI信号。
研究人员测试了纳米MRI灯在癌症诊断中的应用。他们发现,一种叫做MMP-2(基质金属蛋白酶-2)的酶可以诱导患有癌症的小鼠发生肿瘤转移。
研究人员将两种磁性材料与一种MMp-2可以切割的物体连接起来。如果两种磁性材料之间的连接被切断,两种材料之间没有近距离,那么这两种材料就会分离,MRI信号就会显示为“on”。
因此,MRI信号可以指示MMP-2的位置和转移的肿瘤部位。科学家还发现,MRI信号的亮度与癌组织中MMP-2的浓度相关。强MRI信号(橙色)仅出现在癌区。
更重要的是,纳米核磁共振灯在遇到与特定疾病相关的生物标志物之前会一直关闭,它具有非常高的灵敏度。
“现有的造影剂就像晴天用手电筒,影响力有限。而这项新技术就像在黑暗中使用手电筒一样,它的功能要有用得多。”钱教授说。
原则上,除了癌症诊断之外,纳米MRI lamp还可以用于检查许多生物事件,如酶解、pH变化、蛋白质-蛋白质相互作用等。IBS的科学家们期望它能应用于体内和体外诊断。
“虽然我们还有很长的路要走,但我们已经建立了这样的原理,并相信MRET和纳米MRI lamp可以作为一种新的传感原理来帮助广泛的生物系统探索,”Cheon教授总结道。
该研究团队现在致力于开发一种更安全、更智能的多任务MRI造影剂,可以同时记录和成像多个生物靶,从而更好地了解生物过程和准确的疾病诊断。
参考资料:
[1]利用Nano MRILamp实现更智能的MRI诊断