磁共振成像（MRI）技术可以将疾病诊断的准确性提升至更高水平，已成为临床上高度依赖的诊断设备之一，具有高空间分辨率、良好的软组织对比度、无创性、安全性等特点。与此同时，MRI造影剂的使用极大地扩大了MRI技术的临床应用范围。由于T₁或T₂加权造影剂和T₁/T₂双模造影剂固有的局限性，MRI造影剂的发展仍是研究热点之一。

  南方医科大学沈折玉教授长期聚焦于MRI造影剂相关研究，在近期关于MRI造影剂的工作基础上（Nano Letter. 2021, 21, 9551-9559; Small 2020, 16, 1906870; Biomaterials 2020, 244, 119979; Biomaterials 2020, 235, 119783; Nat. Commun. 2019, 10, 1241; Small 2019, 15, 1903422; ACS Nano 2018, 12, 11355-11365; ACS Nano 2018, 12, 8129-8137; Adv. Mater. 2018, 30, 1803163; ACS Nano 2017, 11, 10992-11004），沈折玉教授课题组提出了一种反对比度磁共振成像（Contrary Contrast-MRI, CC-MRI）新概念，即在单模MRI（单序列）中，CC-MRI造影剂在正常组织呈阳性（T₁）或阴性（T₂）信号，而在病变组织呈相反信号，可以显著增强病变组织与正常组织MRI图像的对比度。为了证明CC-MRI策略的可行性，沈折玉教授带领课题组成员设计并开发了一种肿瘤微环境（TME）双重响应型CC-MRI造影剂（即SA-FeGdNP-DOX@mPEG），该造影剂对正常生理条件几乎没有反应，但对弱酸性和还原性TME表现出高度响应性，显著增强了肿瘤组织与正常组织“一正一反”的MRI对比度，有效实现了肿瘤的CC-MRI和特异性化疗。该工作以“A Tumor Microenvironment Dual Responsive Contrast Agent for Contrary Contrast-Magnetic Resonance Imaging and Specific Chemotherapy of Tumors”为题发表于Nanoscale Horizons 2022, DOI: 10.1039/D1NH00632K（影响因子10.989）。

  在本研究中，功能化聚合物mPEG-FBA-CA偶联在核/壳型Fe/Gd杂化纳米粒子（FeGdNP）表面形成FeGdNP@mPEG，随后负载上阿霉素（DOX），通过自组装聚集形成SA-FeGdNP-DOX@mPEG纳米粒子。在正常生理条件下，SA-FeGdNP-DOX@mPEG具有以下特点：1）血液循环时间长，无肾排泄，由于理想的粒径（~ 100 nm），肝、脾摄取减少；2）自组装结构导致DOX释放缓慢；3）由于高r₂（336.9 mM^-1 s^-1）和高r₂/r₁比值（18.4）, MRI呈阴性信号（图1）。然而，在肿瘤组织弱酸性和还原性微环境（pH ~ 6.8, C_GSH= 2 ~ 20 mM）中，酸不稳定的苯甲酸亚胺和GSH不稳定的二硫键都会断裂，导致mPEG脱落，从而使SA-FeGdNP-DOX@mPEG纳米粒子解聚。因此，1）解聚的纳米粒子（即FeGdNP-DOX）由于粒径小（约5 nm），有利于渗透至肿瘤深处释放药物；2）解聚后DOX释放速率加快；3）由于FeGdNP的高r₁值（20.32 mM^-1 s^-1）和低r₂/r₁比值（7.2），MRI呈阳性信号。

图1. CC-MRI造影剂SA-FeGdNP-DOX@mPEG的构建及机理示意图

  由于组装紧密，单一弱酸性或还原性条件很难使SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2纳米粒解聚，而弱酸性和还原性条件（双响应）能导致mPEG的快速脱落和SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2纳米粒的快速解体（图2）。另外，SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2纳米粒在pH 7.4且不含GSH的条件下孵育24小时后几乎不能引起r₁值和r₂/r₁比值的变化（r₂/r₁比值高，显示“负”MRI信号）。而在pH 6.8和10 mM GSH孵育下，r₁值显著增强（* P < 0.05），r₂/r₁比值显著下降（*** P < 0.001），打开“正”MRI信号，可用于肿瘤的CC-MRI。

图2. CC-MRI造影剂的pH和/或GSH响应性测试及对应的体外弛豫率评价结果

  为了评价CC-MRI的有效性，将SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2静脉注射到U-87 MG荷瘤小鼠体内（Gd剂量为5.0 mg/kg），并将肿瘤信号与肝脏信号进行比较（图3）。注射后24 小时，肿瘤的MRI信号达到最大值（ΔSNR为302±32%），而肝脏的MRI信号最小（ΔSNR为-199±30%）。因此，在单模MRI序列（TE = 30 ms, TR = 1000 ms）中，TME双重响应型造影剂SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2的智能MRI信号切换实现了CC-MRI，显著增强了肿瘤与肝脏MR图像的对比度，其ΔSNR差异高达501%。此外，对荷瘤小鼠的治疗研究表明，SA-FeGdNP-DOX2@mPEG2响应TME后释放的DOX能有效抑制肿瘤生长，实现高效的肿瘤特异性化疗，减少副作用。

图3. 实验小鼠体内的CC-MRI结果及体内治疗评价

  原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/nh/d1nh00632k/unauth