摘要：随着分子成像技术的进步，尤其是磁共振成像（MRI）因其高空间分辨率和深度组织穿透能力而成为研究生物过程和疾病状态的重要工具。一氧化氮（NO）作为一种关键的信号分子，在生理和病理过程中扮演着多面性的角色，但其瞬态特性和生物环境的复杂性使得体内测量NO成为一个挑战
纳米侦探：揭秘体内一氧化氮的磁共振影像
随着分子成像技术的进步，尤其是磁共振成像（MRI）因其高空间分辨率和深度组织穿透能力而成为研究生物过程和疾病状态的重要工具。一氧化氮（NO）作为一种关键的信号分子，在生理和病理过程中扮演着多面性的角色，但其瞬态特性和生物环境的复杂性使得体内测量NO成为一个挑战。纳米技术的发展为生物医学成像领域带来了革命性的变化，纳米探针能够提供更高的灵敏度和特异性，使得在分子和细胞水平上检测生物标志物成为可能。这些探针可以设计成对特定分子或环境变化有响应，从而在成像时提供更准确的诊断信息。在临床环境中，对NO的精确量化对于阐明其在多种疾病中的作用至关重要，这对于开发靶向治疗和评估治疗效果尤为重要。传统的NO检测方法存在局限性，因此，开发新型的纳米探针，特别是能够响应NO并改变MRI信号的探针，对于提高NO成像的灵敏度和特异性具有重要意义。随着个性化医疗和精准治疗的兴起，对能够实时监测疾病状态和治疗反应的成像工具的需求日益增加，NO响应型磁共振探针的开发为实时监测NO水平提供了可能，这对于评估治疗效果和优化治疗方案具有潜在价值。
湖南大学宋国胜、张晓兵等人开发了一种新型NO响应型磁性探针（NRMP），它通过磁共振成像（MRI）技术实现了对NO的高灵敏度和选择性检测。这种探针能够精确监测肿瘤模型中NO的动态变化，包括其在肿瘤进展、免疫反应和肿瘤相关巨噬细胞中的作用，同时也能识别肝脏病理变化。NRMP的非侵入性、高灵敏度和生物相容性为研究NO在疾病中的作用提供了新的策略，并可能在药物开发和治疗监测中发挥重要作用。相关文章以“Responsive probes for in vivo magnetic resonance imaging of nitric oxide”为题发表在《Nature Materials》上，继Nature NBE后的又一大作！
【主要内容】
图1 NRMP的构建和响应性能
这些探针由超顺磁性氧化铁纳米颗粒组成，通过NO敏感的可裂解链接器连接，并与聚乙二醇（PEG）结合以增强生物相容性。在没有NO的情况下，NRMP呈现负对比度，但当NO存在时，探针膨胀，导致纳米颗粒间距增加，减少了磁化率和磁偶极-磁偶极相互作用，从而延长了T22MRI信号。图中显示了NRMP在不同NO浓度下的尺寸变化、磁化曲线、弛豫时间变化以及MRI图像，证明了其对NO的高灵敏度和选择性。图2 NRMP在活体小鼠中成像NO的有效性
实验中，4T1肿瘤携带的小鼠接受了不同处理，包括肿瘤内注射磷酸盐缓冲液（PBS）或脂多糖（LPS），随后通过静脉注射NRMP或对照探针。结果显示，NRMP在肿瘤中的积累随时间增加而增强负对比度，而LPS处理后，由于NO的产生，NRMP发生膨胀，导致MRI信号从负对比度转变为正对比度，增强了NO的检测对比度。通过比较不同时间点的T2MRI信号强度，可以量化NO的产生。此外，通过与NO敏感荧光探针DAF-FM DA的染色结果对比，验证了NRMP对NO反应的特异性。图3 NRMP在体内对NO浓度变化的检测效果及其对肿瘤免疫和生长的剂量依赖性影响
通过在4T1肿瘤携带小鼠中使用不同剂量的NO供体，研究发现低剂量和高剂量NO对肿瘤免疫微环境、血管生成和肿瘤生长的影响不同。低剂量NO促进了调节性T细胞的增殖和血管生成，而高剂量NO增强了抗肿瘤免疫反应，包括增加M1型巨噬细胞的浸润和细胞毒性T细胞的数量，以及通过促进免疫原性细胞死亡来抑制肿瘤生长。
图4 利用NRMP进行体内NO成像以评估巨噬细胞介导的免疫疗法的效果
4T1肿瘤携带的小鼠接受了不同的处理，包括肿瘤内注射PBS、IFNγ、CpG或R848，这些药物已知能诱导巨噬细胞向M1型极化。通过静脉注射NRMP，并使用7T MRI扫描仪在不同时间点进行动态T2MRI监测，以观察药物效果。结果显示，不同处理组在T2MRI图像上显示出不同的动态变化，表明NRMP能够监测到由这些药物诱导的NO产生变化，从而评估巨噬细胞介导的免疫疗法的效果。图5 NRMP在活体小鼠中对肝脏病理变化中NO水平的成像能力
实验中，BALB/c小鼠被分为三组，分别接受PBS、LPS处理以及NOS2-/-小鼠接受LPS处理。通过静脉注射NRMP后，使用7T MRI扫描仪在不同时间点进行成像，结果显示LPS处理的小鼠肝脏区域在MRI上出现了从负对比度到正对比度的变化，表明NO的产生和NRMP的响应。此外，通过DAF-FM DA荧光染色和H&E染色验证了MRI结果，显示了NRMP在监测肝脏NO变化中的潜力。【全文总结】
本文报道了一种新型一氧化氮（NO）响应型磁性探针（NRMP），它能够通过磁共振成像（MRI）技术在体内高灵敏度和选择性地检测NO。NRMP由超顺磁性氧化铁纳米颗粒和NO敏感链接器构成，并通过聚乙二醇（PEG）修饰增强生物相容性。在小鼠肿瘤模型中，NRMP成功检测并定量了NO，揭示了其在肿瘤免疫和生长中的剂量依赖性作用。此外，NRMP还用于监测肝脏病理变化中的NO水平，显示出在临床诊断和治疗监测中的潜在应用。这项工作为NO的体内成像提供了新方法，有助于深入理解NO在疾病中的作用，并推动新治疗策略的发展。
来源：法法说科学