Sci Adv丨凌代舜、李方园联合开发基于亲电性增强型磁传感器的磁共振成像用于休眠肿瘤细胞簇的活体检测|亲电性|凌代舜|增强型|李方园|磁传感器|磁共振|纳米粒子|肿瘤细胞

在复杂的活体生理环境中，能够实现亚百微米尺度下休眠肿瘤细胞簇的灵敏检测，对癌症的早期诊断和干预具有重要意义。超高场（≥ 7 T）磁共振成像（MRI）因其超高空间分辨率和信噪比，已成为当前肿瘤诊断领域的新兴前沿医学影像技术之一。磁共振造影剂通过加速目标组织中水质子的弛豫来提高成像信号，从而增强检测灵敏度。与传统顺磁性金属离子（如Gd3+）螯合物相比，磁性纳米粒子因其磁性可调、表面易修饰等优势，被认为是理想的磁共振造影剂选择。然而，为维持稳定性以及进行靶向修饰，磁性纳米粒子表面常需高密度吸附强配位配体，这会降低其顺磁性中心的亲电性，削弱与水分子之间的配位能力。这种配位能力的下降限制了磁性纳米粒子通过偶极相互作用增强水质子T1弛豫的能力，导致现有磁性纳米粒子的实际弛豫效能仍未超越传统的金属螯合物，未能充分发挥其潜在的弛豫优势。

近期，上海交通大学凌代舜教授团队与上海交通大学医学院附属松江医院李方园研究员团队在Science Advances期刊发表了题为

An electrophilicity-engineered magnetic sensor for MRI detection of dormant tumor cell clusters

的研究论文。该研究设计并制备了一种亲电性增强型磁传感器（EEMS），其基于亲电催化偶极作用（ECDMRI成像方式，能够显著提升水质子T1弛豫效能（图1）。

图1. 亲电性增强型磁传感器的设计原理。

具体而言，通过掺杂电负性较强的贵金属金于钆基纳米粒子中，增强了顺磁性离子中电子的偏移，从而提升了其亲电性。亲电性增强后，顺磁性离子与水分子的配位作用得以加强，促使水质子与顺磁性离子在Solomon-Bloembergen-Morgan（SBM）理论中的内层区域发生高效偶极相互作用，从而显著增强水质子的T1弛豫效能。在9 T超高场MRI中，该磁传感器的纵向弛豫率（r1）达到23.2 mM-1s-1，且横向弛豫率与纵向弛豫率的比值（r2/r1）仅为1.3。连接靶向EpCAM的适配体后，基于该磁传感器的ECD-MRI在体外可成功分辨出少于800个癌细胞，并能够在体内检测到~ 68.5 μm的休眠肿瘤细胞簇。值得注意的是，在检测到休眠肿瘤细胞簇后，及时通过手术切除方式进行干预，能够使荷瘤小鼠的生存率提高至100%（图2）。