长春应化所chemical science：ROS激活的磁共振成像探针用于早期脓毒症的诊断

【背景介绍】

脓毒症是由感染而引发的一类系统性炎症反应，会导致大量的病人发生休克和死亡。在临床中，由于缺乏及时而又准确的诊断方法，常常导致了治疗最佳时机被耽误。脓毒症发病迅速，容易恶化，而临床中常用的生命迹象评估法和血液标志物检测法都不能准确的对脓毒症进行诊断。虽然微生物培养法可以对脓毒症进行诊断，但是通常需要很久的时间(数天)，并且只有30%-40%的患者会表现为阳性诊断，因此，开发可以快速而又准确识别脓毒症的诊断方法是十分迫切的。在炎症反应中，通常会有过量的活性氧物种(ROS)在体内产生。和局部炎症不同，脓毒症表现为全身性炎症反应，会引起系统性的氧化应激，在全身的脏器和组织中都会产生过量的ROS，因此，通过系统性ROS含量的评估，可以对脓毒症的诊断与研究，以及病情的评估提供新的方法和策略。以往的ROS探针主要是基于荧光/化学发光成像和光声成像技术，由于光固有的较差的穿透力，不适用于深层组织的ROS成像。而在脓毒症过程中，ROS通常在深层组织和器官中过量产生，因此使用核磁共振成像技术(MRI)对ROS进行成像，将会更好地对系统性的ROS水平进行评估，从而有助于对脓毒症的研究和诊断。

【成果简介】

近日，中科院长春应用化学研究所任劲松研究员、曲晓刚研究员和北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心刘桢教授报道了一种由铁磁纳米粒子、透明质酸和Gd-DTPA三种临床批准的成分所组成的ROS响应的磁共振成像探针，用于活体中ROS的高灵敏成像和脓毒症的诊断。顺磁性造影剂会大大地减少周围水分子中氢核的纵向弛豫时间(T1)，从而增强周围水的T1信号。然而，在顺磁性造影剂靠近超顺磁性磁珠的时候(数纳米)，造影剂对水的T1信号的增强效果会被淬灭掉，这个效应被称作MRET效应。该探针基于MRET原理，使用临床批准的造影剂Gd-DTPA，连接透明质酸修饰的铁磁纳米粒子。在正常条件下，由于Gd-DTPA和铁磁纳米粒子距离很近，因此不会对周围水的T1信号有所影响。在ROS存在下，由于透明质酸对ROS十分灵敏，会被ROS降解，导致Gd-DTPA从铁磁纳米粒子表面的脱离，使得T1信号大大增强。该探针对脓毒症相关的ROS都极为灵敏，被进一步用于活体层面上的脓毒症检测和疾病状况的评估。

【图文导读】

图1：探针的合成与ROS响应机理。

图2：探针可有效对脓毒症相关的ROS进行T1 MRI成像。

图3：探针可有效通过系统性ROS含量的评估从而对脓毒症进行诊断。

图4：探针可对脓毒症的严重程度进行评估。

【总结】

通过使用ROS响应的磁共振成像探针，深层组织的ROS含量可以被有效评估，有助于脓毒症的诊断和风险评估。这一策略会对活体ROS成像，脓毒症的诊断以及相关疾病的研究提供新的方法和策略。该成果以Ultrasensitive magnetic resonance imaging of systemic reactive oxygen species in vivo for early diagnosis of sepsis using activatable nanoprobes发表在chemical science上，文章第一作者为中科院长春应用化学研究所的博士研究生王欢，通讯作者为中科院长春应用化学研究所的任劲松研究员，曲晓刚研究员和北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心的刘桢教授。

文献链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c8sc04961k#!divAbstract

本文由中科院长春应用化学研究所课题组供稿，材料人编辑部编辑

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