多功能纳米CT造影剂的研究进展

计算机断层扫描(CT)具有适用面广、价格相对低廉、高效性和高分辨率等特点,是使用最广泛的无创临床成像技术之一.尽管CT的分辨率远高于传统X射线和其他几种成像技术,但因为成像原理的限制,CT很难分辨软组织的微小变化.为增强软组织的对比度,提高疾病诊断的准确性,人们研制了多种CT造影剂.临床上最早使用的CT造影剂是小分子碘化物,但它们具有毒性和循环时间短的缺点限制了其进一步应用.开发纳米尺寸的造影剂能有效增加循环时间,降低造影剂副作用.除了含碘纳米粒子,基于重金属的纳米粒子,如金、钽、镧系、铋等均可作为高效的CT造影剂.这类新型纳米CT造影剂具有更好生物相容性和更长循环时间,在血管和肿瘤的可视化成像中有十分明显的优势.此外,将CT和其他成像技术,如磁共振成像和超声成像等联合使用,则可以实现优势互补,为临床诊断提供更精确、清晰的图像,为疾病的诊治提供更多个体化诊断信息.考虑到目前疾病诊治,尤其是癌症诊治方面存在的问题,整合了诊断和治疗功能的诊疗一体化制剂更适合临床应用.将CT成像和各种治疗方式结合在一起,即开发基于CT成像的多功能诊疗制剂,可以实现对疾病的实时成像和监控治疗.本文介绍了CT成像的基本原理和当前常用的几种CT造影元素,包括碘、金、铋、钽、镧系元素等,综述了目前多功能纳米CT造影剂的研究现状、发展趋势和面临的问题.     

含维生素B6的新型肝胆靶向性磁共振成像造影剂研究

以二乙三胺五乙酸合钆(Ⅲ)(GdDTPA)和1,4,7,10-四氮杂环十二烷1,4,7,10-四乙酸合钆(Ⅲ)(GdDOTA)及其衍生物为代表的磁共振成像(MRI)造影剂,已在临床广泛使用.提高造影剂肝胆选择性的主要措施是用亲脂性基因对造影剂分子进行化学修饰,如GdDTPA-EOB和GdBOTPA等.1988年Rocklage和Quay设计了含辅酶磷酸吡哆醛的Mn(Ⅱ)螯合物造影剂MnDPDP[DPDP=N,N’-二吡哆基-乙二胺-N,N’-二乙酸-二(5-磷酸酯)].MnD-PDP由于可被肝细胞膜传输系统识别而具有良好的肝胆系统靶向性.但MnDPDP的合成收率很低(～20%),且磷酸吡哆醛价格十分昂贵,限制了其应用.本文用维生素B_6簇化合物吡哆胺及其衍生物和多氨多羧酸的活性衍生物合成了一系列分子骨架上携带维生素B_6的螯合剂及其Gd(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)等顺磁性金属离子的螫合物,研究表明它们具有良好的弛豫性能,可望成为新一代肝胆靶向性MRI造影剂.     

纳米探针在分子影像领域的研究进展

随着人们对医学诊断要求的提高, 现有的影像诊断技术已经不能满足疾病高效超前诊断的需求. 而分子影像诊断技术从分子水平对疾病的异常结构和功能进行生理、生化水平显像, 能为疾病的诊治提供更为精确的信息. 分子影像学的发展除了需要先进的成像设备外, 最关键的是要发展新型而高效的成像探针. 目前常规的造影剂和分子探针因为信噪比较低、不具备靶向性等缺点而无法满足成像要求, 而在各种纳米材料基础上发展起来的纳米影像探针显示出较好的显像效果. 本文主要综述光学成像(optical imaging)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, RI)、正电子发射断层成像(positron emission tomography, PET)、电子计算机X线断层扫描(computed tomography, CT)、单光子衍射成像技术(single-photonemission computed tomography, SPECT)、光声成像(photoacoustic imaging, PA)、多模态成像(multi-modality imaging)等各类分子影像中纳米探针的种类、应用及发展前景.     

彼得·曼斯菲尔德(1933-2017)

<正>彼得·曼斯菲尔德发明了革命性的医疗技术——磁共振成像技术(MRI)。英国著名物理学家彼得·曼斯菲尔德在1972年的发现推动了磁共振成像技术(MRI)的发展,造福了数以百万计的人。曼斯菲尔德是一位受过传统训练的物理学家,他意识到可以利用核磁共振(NMR)技术获得活体组织的横截面影像。他开发的安全、无侵袭技术可以对组织切片的软组织和器官清晰成像,革新了医疗诊断,改变了人脑的研究。仰赖这项工     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

二乙三胺五乙酸吡哆醇酯钆、锰配合物的合成、驰豫率及其肝靶向性

将肝靶向性基因吡哆醇通过间隔基引入到二乙三胺五乙酸（DTPA）配体,再与Gd^3 或Mn^2 配位,合成了两类顺磁性金属配合物,其结构径61HNMR,UV和IR表征,测定了这些配合物在水溶液中水质子的纵向驰豫R1,配体用放射性核素^99Tc标记,研究了配合的肝靶向性,实验结果表明,张靶向基团后配体对肝细胞显示靶向性,动物磁共振成像实验进一步证实了配合物的肝靶向性。     

MRI:获奖及其风波

2003年诺贝尔生理学或医学奖授予两位物理学家--美国的劳特布(P.C.Lauterbur)和英国的曼斯菲尔德(P.Mansfield),以表彰他们"在磁共振成像(MRI)方面的发现"."磁共振"是"核磁共振"(NMR)的简称,MRI成像技术作为一种重要的医学诊断手段,在医院里已经相当普及.     

基于双模态造影剂的超声影像与磁共振影像的配准

由于超声影像斑点噪声突出、分辨率低,超声影像和其他模态医学影像之间的配准融合是一个未完全解决的困难问题.本文提出了一种新的基于双模态造影剂的超声影像和磁共振影像之间的配准算法.利用双模态造影剂对体模进行超声和磁共振显影,在此基础上构建了超声图像与磁共振图像之间的空间变换模型.此算法模型既能够体现两幅图像之间的物理空间坐标变换,也能够体现两幅图像之间的强度(包括亮度和对比度)变化;运用多尺度金字塔算法对构建的空间变换模型进行求解,得到的解既能够满足两幅图像之间空间全局变换,也能够满足两幅图像之间的局部细节变化.实验结果表明:利用双模态造影剂并结合上述算法对超声影像和磁共振影像进行配准可以获得较好的配准效果.     

功能性磁共振成像方法与应用

以磁化率为对比剂的核磁共振快扫描梯度回波成像方法能够观测人脑功能活动的区域和过程，结合定位波谱技术可以定量分析人脑活动过程中化学物质的变化，为脑科学基础研究和脑疾病临床诊断提供了新的工具．本文详细介绍功能性磁共振成像的原理和实验方法，评述应用潜力，并建议用这一最新科技手段研究和发展中医学．     

磁共振弹性图中压电陶瓷驱动的横波成像

磁共振弹性图成像(magnetic resonance elastography, MRE)是一种测量生物组织弹性模量的非侵害性技术. MRE技术除了需要磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)系统以外, 一个不可缺少的硬件是激发组织内部产生横波的机械振动器. 本研究开发一种新型的和磁共振成像系统电磁兼容的机械振动器. 该振动器由压电陶瓷驱动. 振动器和琼脂糖制成的仿体一同放入头线圈中, 送入磁共振成像系统的磁体腔中, 振动器和波动成像序列同步工作, 对横波进行磁共振成像. 波动成像序列由FLASH (fast low angle shot)序列修改而成, 是一种对运动敏感的相位对比度序列. 在实验过程中考察了仿体硬度、振动器频率、运动敏感梯度参数以及病床振动对波动图像的影响.     

金纳米笼状结构的可控合成及应用研究新进展

近几年来,为了提高对早期癌症监测和诊断的准确性,科学家们致力于研究和开发识别健康组织和癌症组织的生物医学成像技术[1,2].与此同时,造影剂的应用研究使得这些成像技术的灵敏度得到了进一步提高[3].金纳米颗粒能够在特殊波长对光进行吸收和散射[4];这种特殊的局域表面等离子体共振(LSPR)现象可以增强某些特定组织的光信号特征,从而提高成像的对比度,因此在医学光成像上具有潜在的应用前景.     

实时功能磁共振成像及其应用

实时功能磁共振成像通过技术手段将数据分析所需的时间缩短到可与数据采集时间相比拟的程度,从而能在实验进程中将大脑皮层活动情况即刻反馈给受试者,构成一个闭合的神经反馈回路.近年来随着数据采集技术与图像重建算法的改进以及计算机运算能力的提高,实时功能磁共振成像技术日趋成熟并在诸多方面得到应用.凭借实时功能磁共振成像提供的神经反馈,受试者能够自主调节相关脑区的激活水平,与被调节脑区相关的认知过程或行为也会随之变化,这为认知神经科学提供了一种新的研究范式.实时功能磁共振成像还可以用作具备优良空间分辨率和全脑覆盖性的脑机接口,通过对大脑皮层激活模式的分析对脑状态进行判断和分类,从而实现仅依赖大脑活动的交互方式.另外,实时功能磁共振成像在临床上的潜在应用也得到了广泛关注,它为神经系统或精神类疾病的治疗与康复提供了新的途径,患者有望通过神经反馈调控异常的大脑激活状况从而缓解相应症状.本文旨在对实时功能磁共振成像的概念、关键技术及相关应用进行详细的介绍,并对其面临的问题和发展的前景进行讨论.     

影像学家族新成员——磁共振(MRI)

磁共振成像(MRI)是影像学家族中的一个最新成员。它可以提供人体任意部位、任意方向的断层图像,没有电离辐射损害,空气和骨骼不会对图像造成伪影,可以说是影像诊断技术某些领域中的“大哥大”。但因其价格昂贵,成像原理复杂,即使从事多年放射专业的人亦较难理解。 简单地说,完成磁共振成像有三个步骤:1.把人体放入磁场,使人体磁化;2.发射合适频率的无线电波,使人体内磁化的氢质子产生共振;3.关闭无线电波,人体发出信号并被采集,重建图像。     

[La(NOTMA)(H_2O)_3]·4H_2O的合成及晶体结构

核磁共振成像技术已成功的应用于肿瘤的临床诊断。此技术的发展促进了新药剂的研究。而新药剂使病变组织与正常组织的图像产生足够的反差。由水的质子核磁共振信号构成的~1HNMR图像强度依赖于氢核的弛豫时间。顺磁性过渡金属和稀土离子配合物通过偶极相互作用缩短其核附近质子的弛豫时间。作为核磁共振成像反差增进剂,稀土氮杂大环多羧酸配合物很有应用前景。本文合成了新的氮杂大环多羧酸稀土配合物[La(NOTMA)(H_2O)_8]·4H_2O,测定了其晶体结构。     

靶向性Fe3O4@Au纳米粒子在光声/核磁双模成像中的应用

多模互补成像可以提高医学诊断精度. 多模探针是联合各个成像模式的桥梁, 这意味着发展多模式、多功能的纳米探针是非常必要的. 本文发展了一种具有靶向性的四氧化三铁核/金壳纳米粒子(Fe₃O₄@Au)作为核磁和光声双模成像的探针, 实验证明Fe₃O₄@Au纳米粒子具有超顺磁性, 可以增强T₂序列的核磁信号. 此外, 该探针同时具有光学吸收性质, 可以增强光声信号. 在其表面修饰Integrin a_vb₃单克隆抗体后, 该探针对U87-MG肿瘤细胞具有选择靶向性. 基于Fe₃O₄@Au纳米粒子的核磁/光声双模成像将在肿瘤诊断中发挥重大作用.     

二乙三胺五乙酸吡哆醇酯钆、锰配合物的合成、弛豫率及其肝靶向性

将肝靶向性基团吡哆醇通过间隔基引入到二乙三胺五乙酸(DTPA)配体,再与Gd³⁺或Mn²⁺配位,合成了两类顺磁性金属配合物.其结构经¹H NMR, UV和IR表征.测定了这些配合物在水溶液中水质子的纵向弛豫率R₁.配体用放射性核素⁹⁹Tc标记,研究了配体的肝靶向性.实验结果表明,引入靶向基团后配体对肝细胞显示靶向性.动物磁共振成像实验进一步证实了配合物的肝靶向性.     

多模态成像引导的光热抗肿瘤联合疗法研究进展

光热疗法(PTT)是一种借助光热试剂将特定波长激光的光能转化为热能,通过局部组织热效应来治疗癌症的方法.因其具有高肿瘤消融效率、对正常细胞的毒副作用小等优点,引起了人们的广泛关注.近年来,大量低毒性、高生物相容性、高光热转换效率的光热试剂被开发.单一PTT虽可杀死癌细胞,但因其可视化程度低、高热过程难以控制,且极易造成癌症二次复发和转移,严重限制了其发展.因此发展具有多模态成像结合癌症治疗方法的光热诊疗纳米平台具有重要的意义.本文综述了近年来多模态成像引导的光热抗肿瘤联合诊疗的最新进展,包括PTT相关的癌症诊断(热成像、光声成像、光致发光成像、磁共振成像、X射线计算机断层扫描成像、正电子发射断层扫描成像等),以及PTT与其他癌症治疗方法(光动力疗法、化学药物疗法、免疫疗法、放射疗法、声动力疗法等)结合的策略.此外,就目前光热诊疗纳米平台所面临的挑战和未来的前景进行了深入分析和展望.     

看清大脑肿瘤

<正>借助肿瘤造影剂——目前用于临床的蝎氯毒素造影剂——一种新颖成像系统支持经染色的神经胶质瘤的可视化操作。一种新颖的二合一高分辨率成像系统在正常捕捉大脑图像的同时,也可用近红外线(NIR)脉冲刺激标记的肿瘤细胞发出荧光——NIR标记物,一种加入着色材料的肿瘤造影剂——随后把图像覆盖在同一个屏幕上可获得一个真实的影像,即肿瘤在大脑组织中的确切位置。     

磁共振成像技术新进展

正作为一种临床诊断技术,磁共振成像为人体内部疾病诊断提供了无与伦比的灵活性。1977年,雷蒙德·达马迪安(Raymond Damadian)、迈克尔·戈德史密斯(Michael Goldsmith)和劳伦斯·明科夫(Lawrence Minkoff)观察到癌变组织和健康组织会产生不同的核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)信号,受到这一现象的启发,他们对人体进行了首次     

基于聚乙二醇-聚乙烯亚胺与超顺磁性氧化铁的前列腺癌靶向核磁共振显像纳米探针

采用单甲基醚聚乙二醇(mPEG-OH)接枝支化聚乙烯亚胺(hy-PEI), 得到水溶性共聚物聚乙二醇接枝聚乙烯亚胺(mPEG-g-PEI), 通过配体交换的方法包裹超顺磁性四氧化三铁纳米粒子(SPIO), 再通过功能化的聚乙二醇(mal-PEG- COOH)与活化的前列腺干细胞抗原(PSCA)单克隆单链抗体结合, 获得前列腺癌细胞靶向核磁共振显像纳米探针. 研究表明, 负载超顺磁性四氧化三铁纳米粒子的聚乙二醇接枝聚乙烯亚胺(mPEI-g-PEG-SPIO)的粒径约为50 nm, 能显著提高对前列腺癌细胞的特异性输送效率, 从而显著地降低前列腺癌细胞的核磁共振成像(MRI)T2信号强度, 增强对前列腺癌的识别效率, 有可能成为一种前列腺癌MRI早期诊断新型纳米探针或者基因治疗中一种MRI可见的核酸输送载体.