劉云，張蕾磊，胡海宇，姚慶強(qiáng)

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生物敏感MRI造影劑的研究新進(jìn)展

劉云，張蕾磊，胡海宇，姚慶強(qiáng)

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）以其非侵入性，無(wú)輻射損傷，無(wú)骨質(zhì)偽影，安全性好，空間分辨率和對(duì)比度高，可向任意方位斷層掃描等技術(shù)靈活性，成為了臨床醫(yī)學(xué)診斷的重要手段。但是，某些不同組織或腫瘤組織的弛豫時(shí)間差別較小，成像時(shí)很難獲得足夠的信號(hào)差，造成 MRI 診斷困難，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描和測(cè)定器官的功能等缺陷，因此需在被檢測(cè)對(duì)象中加入一類能改變氫質(zhì)子弛豫時(shí)間的物質(zhì)來(lái)提高磁共振成像的敏感性和分辨率，這種物質(zhì)被稱為磁共振成像造影劑。臨床上 50% 以上的磁共振掃描需要用造影劑來(lái)增強(qiáng)成像對(duì)比度。

MRI 造影劑主要是一些順磁性或超順磁性物質(zhì)，通過(guò)縮短體內(nèi)局部質(zhì)子弛豫時(shí)間（加快弛豫速率），提高正常部位與患病部位的成像對(duì)比度，從而顯示體內(nèi)器官的功能狀態(tài)。根據(jù)弛豫理論和 SBM（Solomon-Bloembergen-Morgan）方程[1]可知，影響造影劑弛豫速率的主要因素包括配位水分子數(shù)目（）、配位水分子交換速率（τM）和配合物旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間（τR）。因此，提高造影劑的弛豫效率可通過(guò)增加化合物配位水分子的數(shù)目，提高配位水分子的交換速率以及延長(zhǎng)配合物的旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。

自 1988 年第一個(gè) MRI 造影劑釓-二乙三胺五乙酸（Gd-DTPA）投入市場(chǎng)以來(lái)，研究者對(duì) MRI 造影劑進(jìn)行了更加深入的研究，以提高磁共振成像的靈敏度、對(duì)比度和特異性。目前應(yīng)用于臨床 MRI 診斷的造影劑多數(shù)為非特異性造影劑，屬于胞外試劑，僅局限于解剖學(xué)特征的增強(qiáng)，無(wú)法檢測(cè)生物體內(nèi)的生化過(guò)程。因此，研發(fā)一類智能型或生物敏感型 MRI 造影劑是當(dāng)前的發(fā)展熱點(diǎn)，這類造影劑的弛豫率受生理?xiàng)l件或活動(dòng)的調(diào)節(jié)，比如酶、金屬離子濃度、pH 值、溫度等，并對(duì)生理環(huán)境的改變做出相應(yīng)的改變，因而能夠用來(lái)監(jiān)測(cè)生物體內(nèi)的生理和新陳代謝過(guò)程[2-3]。研究表明，智能型 MRI 造影劑不僅能夠提高 MRI 對(duì)病變的檢測(cè)靈敏度，而且能夠針對(duì)病變的信號(hào)分子進(jìn)行分子成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生物活性分子、生理變化和其他分子進(jìn)行功能性檢測(cè)與成像。

1 酶激活造影劑

臨床上，多種疾病都伴隨著酶含量和活性的改變，通過(guò)設(shè)計(jì)合成一類酶激活造影劑可以檢測(cè)特定酶的活性及分布進(jìn)而判斷疾病的狀態(tài)，其設(shè)計(jì)思路是：將造影劑與某些酶底物基團(tuán)相連，此時(shí)造影劑處于“磁共振靜默”狀態(tài)，即弛豫效能較低，成像較弱，而當(dāng)病變或者生理環(huán)境改變使特定的酶生成時(shí)，酶的裂解作用導(dǎo)致相關(guān)基團(tuán)離去，使造影劑的弛豫效能大大增加，成像對(duì)比度增強(qiáng)。因此發(fā)展酶激活的 MRI 造影劑無(wú)損傷地檢測(cè)體內(nèi)酶活性和分布對(duì)于疾病的診斷具有重要意義。

Meade 課題組最先合成了一類酶激活造影劑，即由β-半乳糖修飾的釓配合物-Egad Me 類化合物，在 β-半乳糖水解酶（GAL）存在時(shí)，β-半乳糖基團(tuán)被水解離去，此時(shí)水分子參與配位，使得弛豫率有了較大的提高[4-5]（圖 1A）。臨床上可利用該造影劑檢測(cè)尿中 GAL 的活性，進(jìn)而用于腎小管早期損傷的診斷。Chen 等[6]報(bào)道了一種對(duì) β-葡糖苷酸酶敏感的造影劑 [Gd(DOTA-FPβGu)]（圖 1B），其結(jié)構(gòu)是由 Gd 配合物和 β-葡糖苷酸酶底物（β-D-葡糖醛酸）兩部分構(gòu)成。β-葡糖苷酸酶是一種關(guān)鍵的溶酶體酶，其在腫瘤壞死中過(guò)表達(dá)。在 β-葡糖苷酸酶和人血清白蛋白（HSA）存在時(shí)，其弛豫效能顯著升高，且弛豫率的改變與 β-葡糖苷酸酶的濃度有關(guān)。另外，該造影劑在動(dòng)物腫瘤模型中成像較好，能被用于腫瘤組織中 β-葡糖苷酸酶活性的檢測(cè)，從而有效診斷和治療癌癥。

B

Giardiello 等[7]開(kāi)發(fā)了一類 Gd-大環(huán)多胺造影劑，該造影劑能被酯酶激活，其結(jié)構(gòu)中帶有 3 個(gè)乙酰氧甲基，理論內(nèi)層配位水分子數(shù)目為 2，但由于體內(nèi)血清中含有豐富的 HCO3-等陰離子，與配合物有高度的親和力，阻止了水分子和 Gd 的配位。當(dāng)造影劑進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，結(jié)構(gòu)中的乙酰氧甲酯被細(xì)胞內(nèi)酯酶裂解成帶有 3 個(gè)負(fù)電荷的配合物，抑制碳酸鹽的配位，從而使內(nèi)部水分子能與 Gd 配位，配位水分子數(shù)目從 0 增加到 2，且弛豫率增加 84%（圖 2），可作為潛在的細(xì)胞 MRI 造影劑。

q = 0 q = 2

Aswendt 等[8]報(bào)道了一種對(duì)神經(jīng)元中的谷氨酸脫羧酶（GAD）敏感的 MRI 造影劑Gd-DO3A-GAD（圖 3）。當(dāng) GAD 存在時(shí)，結(jié)構(gòu)中已配位的谷氨酸基團(tuán)被裂解，使得 Gd 中心能與水分子發(fā)生配位，其弛豫率增加。此外，被裂解的谷氨酸基團(tuán)能生成一種帶正電荷的化合物，與帶負(fù)電荷的大分子發(fā)生靜電相互作用，從而使弛豫率進(jìn)一步增加。因此，該造影劑能夠用于診斷和治療腦疾病，如中風(fēng)或亨廷頓舞蹈癥。

Ye 等[9]設(shè)計(jì)合成了一類半胱天冬酶（細(xì)胞凋亡蛋白酶）激活的 Gd-造影劑 C-SNAM（圖 4），用于成像藥物誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。該結(jié)構(gòu)由一個(gè) 2-氰基-6-羥基喹啉（CHQ）、一個(gè) D-半胱氨酸殘基、DEVD 肽、去掉二硫鍵的細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽（GSH）和 Gd-DOTA 單酰胺螯合物組成。半胱天冬酶存在時(shí)，造影劑發(fā)生生物相容性分子內(nèi)環(huán)合，隨后自我組裝成 Gd-納米顆粒（GdNPs），其弛豫率從 10.2 L/(mmol·s) 增加到19.0 L/(mmol·s)，增加了 86%，且保留時(shí)間延長(zhǎng)，能被用于體內(nèi)腫瘤細(xì)胞凋亡的高分辨成像。

圖 3 谷氨酸脫羧酶激活的 MRI 造影劑Gd-DO3A-GAD

圖 4 半胱天冬酶激活的 Gd-造影劑 C-SNAM

Rolla 等[10]設(shè)計(jì)合成了一種對(duì)酪氨酸酶敏感的 Mn 類造影劑，在氨基羧酸位置引入 L-酪氨酸殘基，其配體分別為 L1、L2和 L3（圖 5）。酪氨酸酶是在黑素瘤癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)的一種氧化還原酶。在酪氨酸酶的作用下，MnL1和 MnL2不斷釋放 Mn2+離子，MnL3生成一種低聚物，使其弛豫速率大大提高。另外，Mn2+還可與蛋白質(zhì)產(chǎn)生相互作用，使弛豫率進(jìn)一步得到提高。結(jié)果顯示，MnL1、MnL2和MnL3的弛豫率分別提高了 50%、200%、250%。因此，這類造影劑可作為診斷探針用于檢測(cè)黑色素瘤。

L1 L2 L3

近年來(lái)，一種新型的化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（CEST）MRI 造影劑逐漸發(fā)展起來(lái)。此類造影劑帶有不穩(wěn)定的質(zhì)子，能夠選擇性飽和，使得 MRI 信號(hào)快速消失，這種質(zhì)子能夠與水分子交換，將飽和的質(zhì)子轉(zhuǎn)移到水分子中，從而降低水分子的信號(hào)（T1 和 T2）產(chǎn)生陰性對(duì)比[11]。

Li 等[12]報(bào)道了一類能檢測(cè)酯酶活性的 PARACEST 造影劑 Yb-(DO3A-oAA-TML-ester)，該配合物結(jié)構(gòu)中的內(nèi)酯基團(tuán)被酯酶水解，后觸發(fā)分子發(fā)生內(nèi)酯化，導(dǎo)致酰胺鍵斷裂變?yōu)榘被?，進(jìn)而產(chǎn)生 CEST 效應(yīng)（圖 6A）。最近，F(xiàn)ernández-Cuervo 等[13]開(kāi)發(fā)出一類能同時(shí)檢測(cè)兩種酶（硫酸酯酶和酯酶）活性的抗磁性化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（DIACEST）造影劑（圖 6B），來(lái)提高疾病診斷的特異性。該造影劑能被硫酸酯酶和酯酶裂解，釋放出能被 CEST MRI 探測(cè)到的水楊酸，且該造影劑必須被這兩種酶激活才能產(chǎn)生響應(yīng)，缺乏任何一種酶都很穩(wěn)定。這些結(jié)果證實(shí)開(kāi)發(fā)這類造影劑可以作為一種平臺(tái)技術(shù)用于設(shè)計(jì)能檢測(cè)酶活性的造影劑。

2 金屬離子敏感造影劑

在生命活動(dòng)中，許多金屬離子如 Ca2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+/Fe3+等在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要作用和功能。研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)金屬離子與各種疾病狀態(tài)密切相關(guān)，因此研究對(duì)生物體內(nèi)某些金屬離子敏感的造影劑成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域，逐漸應(yīng)用于多種疾病的診斷。

Li 等[14]報(bào)道了第一個(gè)鈣敏感造影劑 Gd-DOPTA。當(dāng) Ca2+存在時(shí)，Ca2+取代Gd3+與 BAPTA 中的羧基發(fā)生配位，使得水分子能與 Gd3+配位，從而提高配合物的弛豫效能（圖 7）。最近，Tanwar 等[15]設(shè)計(jì)合成了一種對(duì) Ca2+有高度選擇性的造影劑Gd-DO3A-AME-NPHE（圖 7），其結(jié)構(gòu)由一個(gè) Gd-DO3A 中心與亞氨基醋酸酯結(jié)合組成。在 Ca2+存在時(shí)，其內(nèi)層配位水分子數(shù)由 0.2 增加到 1.05，弛豫率增加了 60%。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)對(duì) Ca2+具有高度選擇性，而對(duì)其他金屬離子（K+、Na+、Mg2+、Zn2+）不敏感。為實(shí)現(xiàn)體內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng) Ca2+通量的可視化，MacRenaris 等[16]報(bào)道了一類細(xì)胞酯酶激活的 Ca2+敏感造影劑 DOPTA-Ethyl-Gd（圖 7）。結(jié)構(gòu)中 BAPTA 的羧基通過(guò)酯化被保護(hù)起來(lái)，既增加了親脂性和細(xì)胞滲透性，同時(shí)避免了與細(xì)胞外 Ca2+的結(jié)合。當(dāng)造影劑進(jìn)入細(xì)胞后，其內(nèi)源性酯酶裂解酯基，暴露羧基與細(xì)胞內(nèi) Ca2+結(jié)合，使水分子與 Gd3+配位，增加造影劑的弛豫率。該類造影劑能夠區(qū)別細(xì)胞內(nèi)外的 Ca2+，可用于診斷癲癇或缺血的 Ca2+成像。Gündüz 等[17]研發(fā)了一種新型樹(shù)枝狀 Ca2+敏感造影劑 DSCA（圖 7）。該造影劑由單體類似物制備而成，延緩了其在體內(nèi)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的擴(kuò)散速率，增強(qiáng)弛豫效能，同時(shí)保持了活性和生物敏感性，在大鼠大腦皮層中樹(shù)枝狀造影劑的擴(kuò)散性能比其單體類似物更好，成像對(duì)比度更高。因此，在生物功能動(dòng)態(tài) MRI 應(yīng)用中，體內(nèi)緩慢擴(kuò)散的造影劑具有更大的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元活動(dòng)的鈣信號(hào)可視化，有助于深入了解大腦功能。

最近，Pope 和Laye[18]合成了一種 Eu-DO3A鋅敏感造影劑，將二吡啶甲基氨基甲基-吡啶基團(tuán)連接到 DO3A 上，并與水化狀態(tài)= 0.2 的金屬中心結(jié)合。Zn2+存在時(shí)，二吡啶甲基氨基甲基-吡啶基團(tuán)會(huì)與 Zn2+結(jié)合，使水分子能以= 2 的水化狀態(tài)與 Eu 配位。在生理 pH 條件下的水環(huán)境中，該復(fù)合物對(duì) Zn2+有選擇性，且弛豫效能會(huì)發(fā)生明顯的變化。Regueiro-figueroa 等[19]研發(fā)了一類對(duì) Zn2+有選擇性的 MRI 造影劑，其配體為 DO3A-NO2A（圖 8），將 Gd-DO3A 配合物通過(guò) N-丙基乙酰胺與 NO2A 部分相連。當(dāng) 1:1 加入 Zn2+時(shí)，N-丙基乙酰胺部分能與 Zn2+結(jié)合，引發(fā)水分子與 Gd3+配位，弛豫率從 3 L/(mmol·s) 增加到 7.5 L/(mmol·s)，增加了 150%。另外，Ca2+和 Mg2+有非常微弱的弛豫改變，證明該造影劑對(duì) Zn2+敏感性強(qiáng)。為增強(qiáng) MRI 檢測(cè)靈敏度，Yu 等[20]設(shè)計(jì)出一種新型的對(duì) Zn2+敏感的造影劑 GdDOTA-diBPEN（圖 8），該造影劑具有完善的水交換性能，通過(guò)提高內(nèi)外層水分子的交換率，顯著增強(qiáng)其縱向弛豫效能，從而提高 MRI 的檢測(cè)靈敏度。在 Zn2+與人血清白蛋白（HSA）存在時(shí)，結(jié)合表現(xiàn)出非常高的縱向弛豫率。且體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，在小鼠體內(nèi)的葡萄糖刺激胰腺分泌胰島素時(shí)，Zn2+釋放，這種新型的高弛豫造影劑能成功用于體內(nèi) Zn2+成像。

AB

Gd-DOPTA Gd-DO3A-AME-NPHE

DOPTA-Ethyl-Gd

DSCA

DO3A-NO2A GdDOTA-diBPEN

Que 等[21]報(bào)道了一系列 CG2 類銅敏感造影劑，結(jié)構(gòu)中 DOTA 的一個(gè)側(cè)鏈被連有銅結(jié)合部位-硫醚的吡啶基所取代。在銅離子存在時(shí)，其水化狀態(tài)從 1 增加到 2，弛豫率從1.5 L/(mmol·s) 增加到 6.9 L/(mmol·s)（圖 9），且隨著銅結(jié)合部位所含硫原子的數(shù)目逐漸增加，造影劑對(duì)銅離子的選擇性越強(qiáng)。后來(lái)，Que 課題組[22]設(shè)計(jì)合成了一種細(xì)胞滲透性 Cu+敏感造影劑 Arg8CG2（圖 9），即在 CG2 上再加上一個(gè)聚精氨酸附屬物 Arg8（促進(jìn)細(xì)胞吸收）。與上述報(bào)道的 CG2 類造影劑相比，無(wú) Cu+時(shí)，Arg8CG2 的弛豫率就明顯高于前體復(fù)合物 CG2，這可能是由于大分子的穿膜基團(tuán) Arg8增加了其旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間（τR），以及精氨酸殘基上多余的氫鍵基團(tuán)增加了第二層水分子的配位；加入 Cu+后，1弛豫率增加了 220%，對(duì) Cu+有高度選擇性。以 Menkes 綜合征細(xì)胞模型進(jìn)行弛豫率測(cè)定和 T1 加權(quán)成像，證明 Arg8CG2 可以區(qū)分疾病模型中正常和異常的銅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，因此能適用于體內(nèi)銅離子異常的疾病成像診斷，逐漸應(yīng)用于多種動(dòng)物模型影像學(xué)研究。Xiao 等[23]研發(fā)出一類對(duì) Cu2+高度敏感的 MRI 造影劑 Gd2(DO3A)2BMPNA（圖 9），包括兩個(gè)Gd-DO3A 中心和一個(gè) BMPNA 基團(tuán)。當(dāng) Cu2+存在時(shí)，原吡唑環(huán)上與 Gd3+配位的 N 原子被內(nèi)層水分子取代，Cu2+與該 N 原子結(jié)合，弛豫率從 6.40 L/(mmol·s) 增加到 11.28 L/(mmol·s)。與其他生物相關(guān)的金屬離子相比，該復(fù)合物對(duì) Cu2+具有較高的選擇性，可用于體內(nèi)分子成像。

3 pH 敏感造影劑

理想的 pH 敏感造影劑不僅能夠?qū)Σ∽儾课贿M(jìn)行特異性增強(qiáng)成像，提高 MRI 檢測(cè)疾病的靈敏度，而且可通過(guò)檢測(cè)病變組織中的 pH 變化，為疾病的診斷提供依據(jù)。這類造影劑能夠在特定的 pH 條件下產(chǎn)生弛豫率的變化，這種變化與金屬中心周圍水化狀態(tài)的改變有關(guān)。在體內(nèi)不同細(xì)胞和組織的 pH 不同，正常細(xì)胞外介質(zhì)的 pH 為 7.4，而癌細(xì)胞外的 pH 為 6.8，因此，pKa值在 7 左右的造影劑可提高腫瘤成像的對(duì)比度，進(jìn)而用于體內(nèi)癌細(xì)胞的成像。

Woods 等[24]報(bào)道了一類含有硝基酚側(cè)鏈的 Gd-DO3A 螯合物，其配體分別為NP-DO3A和NP-DO3AM（圖 10）。研究表明，兩者都對(duì) pH 敏感，但作用機(jī)制不同。Gd(NP-DO3A) 由于硝基酚側(cè)鏈的解離，弛豫效能從 pH 9 時(shí)的 4.1 L/(mmol·s) 增加到 pH 5 時(shí)的 7.0 L/(mmol·s)，且不受內(nèi)源性離子的影響；而以酰胺基取代醋酸的 Gd(NP-DO3AM)，其減弱的給電子能力使 Gd 缺電子難以釋放硝基酚，即在較低的 pH 下酚醛質(zhì)子與水分子間的質(zhì)子交換率增加。

Frullano 等[25]合成了一類 MR-PET 雙模造影劑GdDOTA-4AMP-F（圖 10）。該造影劑在水溶液中以高電荷親水性的 GdDOTA-4AMP 配合物與 F 原子（18F或19F）結(jié)合，能在 MRI 中定量監(jiān)測(cè) pH。在等滲鹽溶液中測(cè)定時(shí)，當(dāng) pH 從 8.5 降到 6.0 時(shí)，弛豫率從 3.9 L/(mmol·s) 增加到 7.4 L/(mmol·s)，增加了 90%；在兔血漿中測(cè)定時(shí)，弛豫率變化類似，說(shuō)明在體內(nèi)即使有蛋白質(zhì)結(jié)合，該造影劑仍然有效。這種雙模式智能 MRI 探針的弛豫變化與生理環(huán)境改變成比例，在檢測(cè) pH 值的同時(shí)可以直接量化。

Gianolio 等[26]報(bào)道了一類新的 MRI/SPECT雙模造影劑，Gd(III)-L和 Ho(III)-L螯合物（圖 10）。這兩個(gè)造影劑結(jié)構(gòu)僅僅是鑭系離子不同，其中 Gd(III) 作為 MRI 活性部位，Ho(III) 作為 SPECT 活性部位。研究表明，在 pH由 8 降低到 5 時(shí)，Gd(III)-L 結(jié)構(gòu)中磺酰胺基團(tuán)發(fā)生質(zhì)子化，與 Gd配位的 N 原子被水分子取代，弛豫率增加了 200%；而Ho(III)-L 的磁性特征使它成為位移試劑而非弛豫試劑，用來(lái)檢測(cè)造影劑的濃度。兩者在體內(nèi)有相同的生物分布，其混合物即可作為一個(gè)雙模 MRI/SPECT 探針。這一研究證明基于兩個(gè)“化學(xué)等價(jià)”的鑭系（III）配合物設(shè)計(jì)合成出一種對(duì) pH 敏感的 MRI/SPECT 雙模試劑是可行的，通過(guò)合理設(shè)計(jì) L 配體的結(jié)構(gòu)，可以滿足不同的臨床應(yīng)用，如檢測(cè)酶活性或代謝產(chǎn)物的濃度。

最近，Bhuiyan 等[27]報(bào)道了一類基于樹(shù)枝狀聚合物的pH 敏感造影劑(GdDOTA-4AmP5-)44-G5（圖 10），在G5-PAMAM 樹(shù)狀大分子表面通過(guò)異硫氰基連接 44 個(gè) GdDOTA-4AmP5-螯合物，這種新化合物能降低表面負(fù)電荷，具有更高的生物相容性，更易與藥物結(jié)合，從而提高其診斷潛力。當(dāng) pH 從 8.84 變?yōu)?6.35 時(shí)，配合物周圍的磷酸基團(tuán)質(zhì)子化，使每個(gè) Gd3+離子的縱向弛豫率從7.91 L/(mmol·s) 增加到 9.65 L/(mmol·s)，平均縱向弛豫率（在每個(gè)分子的基礎(chǔ)上減慢分子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間）也從348 L/(mmol·s) 增加到 425 L/(mmol·s)，且其弛豫率比值 R2/R1與 pH 值呈線性相關(guān)，因此，我們期待通過(guò)測(cè)定 R2/R1的比值來(lái)確定腫瘤的 pH 值。

NP-DO3A NP-DO3AM GdDOTA-4AMP-F

Ln = Gd(III)MRI report (GdDOTA-4AmP5-)44-G5

Ho(III)SPECT tracer

圖 10 pH 敏感造影劑

4 溫度敏感造影劑

熱敏脂質(zhì)體（thermosensitive liposome，TSL）是一種常用的靶向抗腫瘤藥物載體，與熱療聯(lián)合應(yīng)用時(shí)可使腫瘤藥物選擇性地蓄積在腫瘤部位，增加對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷作用，降低毒副作用，實(shí)現(xiàn)局部化療，同時(shí)載入 MRI 造影劑，可用于體內(nèi)溫控藥物傳遞過(guò)程的 MRI 監(jiān)測(cè)。de Smet 等[28]開(kāi)發(fā)了一種新型脂質(zhì)體類溫度敏感造影劑，是將一種化療藥物阿霉素與 Gd-造影劑[Gd(HPDO3A)(H2O)] 共同載入脂質(zhì)體內(nèi)（圖 11）。結(jié)果顯示，在體內(nèi)正常溫度 37 ℃下，載有藥物的脂質(zhì)體能夠穩(wěn)定存在，當(dāng)溫度升高到 41 ~ 42 ℃時(shí)，脂質(zhì)體內(nèi)的阿霉素與[Gd(HPDO3A)(H2O)] 迅速釋放，提高了造影劑的水分子交換速率，降低 T1 弛豫時(shí)間，從而在特定靶部位發(fā)揮藥效。這種結(jié)合化療藥物與造影劑的熱敏脂質(zhì)體將作為一個(gè)重要工具用于監(jiān)測(cè)和控制體內(nèi)藥物釋放過(guò)程，具有良好的應(yīng)用前景。

阿霉素 [Gd(HPDO3A)(H2O)]

劉瑞清等[29]研發(fā)了一種對(duì)溫度和 pH 敏感的多功能高分子 Gd-造影劑 TPRPP，以N-異丙基丙烯酰胺為溫度敏感單體，甲基丙烯酸為 pH 敏感單體，與三丙烯酸菲洛啉釓進(jìn)行無(wú)皂乳液聚合。研究表明，TPRPP 的粒徑易受溫度或 pH 值的影響，有較好的溫度和 pH 敏感性；其橫向弛豫率約為 11.3 L/(mmol·s)，為臨床造影劑 Magnevist 的 2.6 倍，在肝和脾中具有明顯的成像增強(qiáng)。TPRPP 以其低細(xì)胞毒性、高穩(wěn)定性和較高的弛豫率成為一種潛在的多功能 MRI 診斷試劑，為今后合成多功能 MRI 造影劑提供了新的選擇。

5 其他生物敏感造影劑

除上述酶、金屬離子、pH、溫度敏感造影劑，其他生物小分子如氧、葡萄糖、一氧化氮等也能用來(lái)作為響應(yīng)信號(hào)開(kāi)發(fā)出生物敏感造影劑。缺氧發(fā)生在各種疾病狀態(tài)中，如癌癥、缺血、急性和慢性血管性疾病。Iwaki 等[30]設(shè)計(jì)合成出第一類帶有硝基苯磺酰胺基團(tuán)的缺氧敏感造影劑 SAGds（圖 12），如 4NO22MeOSAGd。大鼠肝微粒體在缺氧條件下，4NO22MeOSAGd中的硝基可選擇性還原為胺，芳基磺酰胺基團(tuán) pKa 值發(fā)生變化，水的交換速率增大，弛豫率增加到原來(lái)的 1.8 倍。4NO22MeOSAGd 是第一個(gè)1H-MRI造影劑，可在生理?xiàng)l件下選擇性地檢測(cè)缺氧。此外，研究者還開(kāi)發(fā)了與葡萄糖結(jié)合后化學(xué)交換速率會(huì)發(fā)生改變[31]，或與 N-亞硝基中間體（一氧化氮氧化態(tài)）結(jié)合后酰胺和氨基質(zhì)子會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變[32-33]的可逆響應(yīng)順磁性化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（PARACEST）MRI 造影劑，為體內(nèi)葡萄糖和一氧化氮分子的成像檢測(cè)提供了新的方向。

4NO22MeOSAGd 4NH22MeOSAGd

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著 MRI 新技術(shù)的迅速發(fā)展及其在臨床醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用，智能 MRI 造影劑在提高生物成像的敏感性和分辨率方面發(fā)揮著極為重要的作用，有望滿足不同的生物醫(yī)學(xué)研究和臨床需求。綜上所述，基于生物敏感的 MRI 造影劑的研究目前還是一個(gè)新興的領(lǐng)域，為分子影像醫(yī)學(xué)帶來(lái)了很大的突破，為疾病的診斷治療提供了更好的平臺(tái)技術(shù)，但理想的生物敏感造影劑不僅僅靠化學(xué)領(lǐng)域合成，還需對(duì)其進(jìn)行跨學(xué)科多領(lǐng)域更深入系統(tǒng)的研究。此外，在對(duì)各種復(fù)雜疾病進(jìn)行診斷時(shí)僅靠 MRI 難以提供更全面的信息，需要將其與其他成像技術(shù)，如 CT 成像、超聲成像等聯(lián)合運(yùn)用。生物敏感 MRI 造影劑的研究仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域仍有廣闊的應(yīng)用前景。開(kāi)發(fā)具有靶向性、弛豫率高、用藥量少、毒副作用小、成本低且對(duì)生理生化信號(hào)有更高敏感程度的多功能新一代 MRI 造影劑成為今后研究的主要方向。

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