近日，湖南大學化學化工學院宋國勝教授和張曉兵教授團隊接連發(fā)表4篇 Nature 子刊論文，分別是一篇 Nature Materials、2篇Nature Biomedical Engineering、1篇 Nature Communications，在分子影像研究中取得一系列重要突破。
2024年11月29日，宋國勝、張曉兵團隊在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表了題為：Magnetic-susceptibility-dependent ratiometric probes for enhancing quantitative MRI 的研究論文。
在磁共振成像（MRI）中，由于難以區(qū)分探針被分析物激活時的信號與探針完整時的信號，因此無法進行定量測量。
在這項研究中，研究團隊展示了通過磁化率依賴的磁共振調諧，采用具有高弛豫率比變化（在7特斯拉下超過2.5倍）的比率型磁共振探針，可以增強成像靈敏度和定量能力。具體來說，含有順磁性錳-卟啉和超順磁性氧化鐵納米粒子的聚合物探針能夠獨立于探針濃度地響應分析物濃度，從而導致縱向和橫向磁弛豫的相反變化。
在小鼠身上，這些探針能夠實現對皮下腫瘤、因藥物誘導損傷的肝臟以及膠質瘤中H2O2、H2S或pH的定量實時動態(tài)成像。比率型MRI探針可用于獲得病理過程的分子見解，并能夠繞過體內探針濃度動態(tài)變化所產生的干擾，同時提供解剖學信息。
2024年11月25日，宋國勝、張曉兵團隊在 Nature Materials 期刊發(fā)表了題為：Responsive probes for in vivo magnetic resonance imaging of nitric oxide 的研究論文。
一氧化氮（NO）是一種重要的信號分子，在生理和病理過程中發(fā)揮多方面的作用，包括心血管和免疫功能、神經傳遞和癌癥進展。然而，由于NO的短暫性和生物環(huán)境的復雜性，在體內測定NO具有挑戰(zhàn)性。
在這項新研究中，研究團隊成功開發(fā)出一種基于超順磁性納米顆粒的NO磁共振成像探針，通過NO切割反應調控納米探針的磁化率及飽和磁化強度，從而實現NO的高靈敏度檢測。具體來說，該探針能夠檢測濃度低至0.147 μM的NO，允許在小鼠腫瘤模型中對NO進行成像和定量，研究其對腫瘤進展和免疫的影響，并評估腫瘤相關巨噬細胞對癌癥免疫治療藥物的反應。此外，該探針能同時進行器官的解剖學和分子成像，有助于識別肝臟的病理改變。
總的來說，該探針為研究NO在生理和病理生理過程中的劑量依賴性的相互矛盾的用提供了有前景的非侵入性工具。
2024年10月29日，張曉兵、宋國勝團隊在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表了題為：Ultrabright and ultrafast afterglow imaging in vivo via nanoparticles made of trianthracene derivatives 的研究論文。
低靈敏度、光漂白、高功率激發(fā)和長采集時間限制了余輝發(fā)光的應用。
在這項新研究中，研究團隊報告了由富含電子的三蒽衍生物制成的納米顆粒的設計和成像性能，這些納米粒子在超低功率（58 μW/cm2）的室內光激發(fā)下，發(fā)出約500倍于常用有機余輝納米顆粒的余輝發(fā)光。
納米顆粒的超亮余輝可以用于深組織成像（最深可達6厘米），用于對自然行為的小鼠進行超快的余輝成像（短至0.01秒的采集時間），即使是在超過15個周期的再興奮后，也可以忽略光漂白，并且可以精確地顯示皮下和原位腫瘤以及頸動脈中的斑塊。
該研究還表明，僅在顆粒酶B存在的情況下激活的余輝納米顆?？梢栽谥委煴O(jiān)測的背景下跟蹤顆粒酶B活性。有機余輝納米顆粒的高靈敏度和可忽略的光漂白為在體實時監(jiān)測生理病理過程提供了優(yōu)勢。
2024年7月24日，宋國勝、張曉兵團隊在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Imaging-guided companion diagnostics in radiotherapy by monitoring APE1 activity with afterglow and MRI imaging 的研究論文。
使用生物標志物的伴隨診斷在指導放療方面已獲得突出地位。然而，基于活檢的技術無法解釋靶點應答的實時變化和腫瘤異質性。
在這項新研究中，研究團隊設計了一種激活的后輝光/MRI探針，作為一種伴隨診斷工具，用于在體內放療期間動態(tài)評估生物標志物脫嘌呤/脫嘧啶核酸內切酶1（APE1）。使用超亮余輝納米顆粒和超小FeMnOx納米顆粒作為雙重對比劑，顯著擴大了信號變化范圍，提高了APE1成像的靈敏度。
該研究設計了縱向和橫向減影增強成像（L&T-SEI）策略，以顯著增強活體雌性小鼠腫瘤和正常組織的MRI對比度和信噪比。結合后輝光和MRI有助于對APE1活性進行解剖和功能成像。該探針能夠將后輝和MRI信號與APE1表達、輻射劑量、腫瘤內活性氧（ROS）和DNA損傷進行相關性分析，從而能夠早期預測放療結果（最早3小時），顯著早于腫瘤縮?。?天）。通過監(jiān)測APE1水平，該探針可以早期、敏感地檢測肝器官損傷，其性能優(yōu)于組織病理學分析。此外，MRI評估APE1在輻射誘導的遠端效應中的表達，有助于深入了解輻射誘導的遠端效應的機制，并支持治療方案的制定。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01286-4
https://www.nature.com/articles/s41563-024-02054-0
https://www.nature.com/articles/s41551-024-01274-8
https://www.nature.com/articles/s41467-024-50688-0
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