Nature子刊介绍全新MRI技术 克服现有技术缺点

　　

生物通报道：由著名纳米研究科学家Jinwoo Cheon教授领导的一个研究组研发出了一种新型MRI技术：Nano MRI Lamp，这种技术平台能现有MRI造影剂的局限性问题，仅在靶标疾病存在的情况下才会显现磁共振成像信号。

这一研究成果公布在2月6日的Nature Materials杂志上，文章的通讯作者Cheon教授在生物学应用，以及无机纳米粒子的设计合成等领域做出了有重要影响的工作，已在国际著名刊物上发表上百余篇文章，引用近8000次。

磁共振成像（MRI）最早于1977年用于人体，已经成为了越来越受欢迎的非侵入性诊断技术，这种技术的一大优势在于采用的不是有害辐射。通过MRI能看到一些组织的天然对比，但是在一些特殊类型的成像中，需要向患者施用MRI造影剂，才能增加靶标区域与身体其余部分之间的差异。

“典型的MRI造影剂，如钆，是通过注射进入人体，会分布到整个生物系统中，具有相对较大的背景信号，”Cheon教授说，“我们发现了一种新的方法，能只针对靶标位置开启MRI造影信号。”

这种新的技术Nano MRI Lamp（纳米MRI灯）由两种磁性材料组成：猝灭剂（磁性纳米颗粒）和增强剂（MRI造影剂）。信号开启还是关闭取决于这两者之间的距离，当这两种材料之间的临界距离大于7nm时，MRI信号是“ON”，而当距离小于7nm近时，MRI信号是“OFF”。研究人员将这种现象称为磁共振调谐（Magnetic REsonance Tuning，MRET），这就类似于荧光共振能量转移（FRET）的光学传感技术。

研究人员在癌症诊断中检测了这种新技术平台，他们在癌症小鼠中检测一种可以诱导肿瘤转移的酶：MMP-2（基质金属蛋白酶2），通过由MMP-2天然切割的接头连接上述两种磁性材料，当两种材料彼此靠近时，MRI信号为“OFF”；而在有癌症的时候，这个接头会被MMP-2切断，导致两种材料分离，MRI信号就切换为“ON”。因此，MRI信号能指示MMP-2和肿瘤的位置，此外，科学家们还发现MRI信号的亮度与癌组织中MMP-2的浓度相关。

更重要的是，Nano MRI Lamp在遇到与特定疾病相关的生物标志物时才会打开，因此灵敏度更高，“目前的造影剂就像在阳光普照的日子里使用手电筒，效果有限，而这种新技术就像在晚上使用闪光灯，因此更有用，”Cheon解释说。

除了癌症诊断之外，Nano MRI Lamp 理论上还可以用于研究各种生物学事件，例如酶解作用，pH值变化，蛋白-蛋白相互作用等，研究人员希望它未来可以用于体外和体内诊断。

“虽然我们还有很长的路要走，但目前我们建立了这个理论，并且我们相信MRET和Nano MRI Lamp 可以作为一种新的传感原理，扩大对生物学系统的探索。”这一研究组目前正在开发更安全和更智能的多任务造影剂，可以同时记录和解释多个生物靶标，并最终帮助我们更好地了解生物过程，更准确的诊断疾病。

（生物通：万纹）

作者简介：

Jinwoo Cheon教授1993年于美国伊利诺伊大学香槟分校取得博士学位，目前担任韩国延世大学Center for Evolutionary Nanoparticles主任，是Account of Chemical Research 的资深编辑，也是Journal of Materials Chemistry 和Nano Letters的编辑。Jinwoo Cheon教授在无机纳米粒子的设计合成及生物学应用等领域做出了有重要影响的工作，已在Nature Materials, Nature Medicine, Nature Nanotechnology, PANS（USA）, Accounts of Chemical Research, JACS和Angewandte Chemie等国际著名刊物上发表文章100余篇，引用近8000次。

原文摘要：

Distance-dependent magnetic resonance tuning as a versatile MRI sensing platform for biological targets

Nanoscale distance-dependent phenomena, such as Förster resonance energy transfer, are important interactions for use in sensing and imaging, but their versatility for bioimaging can be limited by undesirable photon interactions with the surrounding biological matrix, especially in in vivo systems1, 2, 3, 4. Here, we report a new type of magnetism-based nanoscale distance-dependent phenomenon that can quantitatively and reversibly sense and image intra-/intermolecular interactions of biologically important targets. We introduce distance-dependent magnetic resonance tuning (MRET), which occurs between a paramagnetic ‘enhancer’ and a superparamagnetic ‘quencher’, where the T1 magnetic resonance imaging (MRI) signal is tuned ON or OFF depending on the separation distance between the quencher and the enhancer. With MRET, we demonstrate the principle of an MRI-based ruler for nanometre-scale distance measurement and the successful detection of both molecular interactions (for example, cleavage, binding, folding and unfolding) and biological targets in in vitro and in vivo systems. MRET can serve as a novel sensing principle to augment the exploration of a wide range of biological systems.