用于T1/T2双模磁共振成像的铁氧化物纳米颗粒仿生矿化和磁学研究

Superparamagnetic iron oxide nanoparticle plays a great role in the study and application of magnetic resonance imaging(MRI), can be used as MRI contrast agent to enhance the detection of magnetic resonance signals. MRI contrast agents include T1 and T2, while side effects or MRI artifacts will appear occasionally by just using T1 or T2 contrast agent for single mode imaging so far. To develop T1 / T2 dual-mode MRI contrast agent is one of the cutting-edge scientific problems in the development of contrast agents. In this project, a novel promising contrast agent, magnetoferritin nanoparticles, will be studied to obtain T1/T2 dual-mode functional MRI magnetic iron oxide nanopartice by changing the inner core size and the doping ratio of metal elements during its synthesis of magnetoferritin. Transmission electron microscopy observation, MRI analysis and magnetic parameter measurements of this T1/T2 dual-mode functional MRI nanoparticle will be studied in detail. We aim to obtain a new dual-mode contrast agent, and the relationship between its magnetic properties and MRI performance will be established, which will make a direction for the design and biomimetic mineralization of the similar magnetic iron oxide nanoparticles.

超顺磁铁氧化物纳米颗粒在核磁共振成像（MRI）领域具有重要研究和应用价值，能够作为MRI造影剂来增强磁共振信号的检测。MRI造影剂分为T1和T2造影剂两种，单模态磁共振成像的T1或T2造影剂有时会具有副作用或伪影干扰诊断的缺陷，发展T1/T2双模磁共振成像的铁氧化物纳米颗粒造影剂是造影剂研发的前沿科学问题之一。本项目拟采用具有应用开发前景的新型造影剂磁性铁蛋白纳米颗粒为研究对象，通过改变磁性铁蛋白纳米颗粒的内核粒径和金属元素不同掺杂比例的仿生矿化方法，结合透射电子显微镜观察，核磁共振分析测试获得具有T1/T2双模磁共振成像功能的磁性铁蛋白纳米颗粒，并对该种颗粒进行详细的磁学测量研究。旨在获得新的双模磁共振造影剂，并建立其磁学性能与核磁共振成像性能之间的联系，用以指导该类型仿生矿化磁性铁氧化物纳米颗粒作为双模磁共振造影剂的设计与合成。

超顺磁铁氧化物纳米颗粒在核磁共振成像（MRI）领域具有重要研究和应用价值，能够作为MRI造影剂来增强磁共振信号的检测。MRI造影剂分为T1和T2造影剂两种，近年来，研究者们已探索出尺寸小于5纳米的氧化铁纳米颗粒可作为T1造影剂, 以克服临床造影剂钆螯合物的潜在毒性，也可以解决氧化铁纳米颗粒作为T2造影剂成像时受干扰的问题。铁蛋白是一种普遍存在的铁存储蛋白，可以用作生物医学应用的通用纳米平台，特别是用于合成高度均一，单分散和生物相容的磁性铁蛋白氧化铁纳米颗粒。在本项目中，我们首先通过严格控制铁蛋白中铁的含量，通过设计反应中氧化剂和亚铁离子的化学计量，合成了具有超精细亚铁磁性铁核(直径<5纳米)的M-HFn氧化铁纳米颗粒。这些M-HFn纳米颗粒具有α-Fe2O3/γ-Fe2O3铁核而不是Fe3O4铁核，并且T2效应弱。使用2.2纳米的磁性铁蛋白颗粒以0.54 mM Fe / kg小鼠体重剂量通过单次尾静脉注射的方式给药对小鼠进行血池成像，能够在注射后3分钟就显示出详细的血管影像；MR信号强度持续增强直至注射后2小时，这比商用Gd-DTPA造影剂要长得多。.除此之外，我们设计和合成了新型的Gd标记的HFn纳米颗粒(HFn-Gd)，方法是将Gd与HFn的外表面结合。所制备的HFn-Gd纳米颗粒显示出复合材料的优势，例如增强的T1信号，精确靶向肿瘤和系统清除的能力。特别是，通过与低剂量的商用Gd-DTPA进行比较，评估了在肿瘤T1成像中使用HFn-Gd纳米颗粒效率更高，这种可避免使用过多剂量的新型GBCA在将来具有巨大临床应用的潜力。.我们也利用毕赤酵母大量表达了铁蛋白模板，为它的工业化应用奠定基础，同时我们也将铁蛋白模板与介孔二氧化硅纳米颗粒相结合构建了新型的药物递送系统，为肿瘤的精准给药和治疗提供了新策略。