核磁共振成像（MRI）是目前臨床上普遍使用的一種功能影像技術(shù)，具有無創(chuàng)傷性和高分辨率等特點(diǎn)，在腫瘤的診斷方面顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。造影劑是實(shí)現(xiàn)體內(nèi)腫瘤MRI診斷的關(guān)鍵材料。但是由于腫瘤在早期階段（直徑<1-2 mm）無新生血管，體內(nèi)生物屏障阻隔現(xiàn)有的MRI造影劑，使其難以到達(dá)和聚集在微小腫瘤部位以實(shí)現(xiàn)腫瘤的早期診斷。因此，研制安全高效的MRI造影劑是解決該難題的有效途徑。
4月23日，國(guó)際材料學(xué)研究期刊Advanced Materials發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所中-法生物礦化與納米結(jié)構(gòu)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和古地磁與年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室曹長(zhǎng)乾博士與合作導(dǎo)師潘永信研究員、朱日祥院士等人的最新研究成果。他們利用基因工程重組的人重鏈（H）亞基鐵蛋白作為模板，通過仿生礦化技術(shù)合成了一種磁性氧化鐵納米顆粒——磁性鐵蛋白（~12 nm），將其作為新型造影劑運(yùn)用到體內(nèi)腫瘤成像實(shí)驗(yàn)（如圖）。通過對(duì)人乳腺癌和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的裸鼠腫瘤移植模型進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種新型MRI造影劑（橫向弛豫率高達(dá)224 mM-1s-1）在靜脈注射后能跨越正常的血管內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和血-腦屏障，特異性地結(jié)合和內(nèi)吞進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)無血管腫瘤（直徑< 1-2 mm）的成像。此外，其空殼鐵蛋白連接上近紅外熒光分子Cy5.5后，成為腫瘤靶向型分子探針，可以實(shí)現(xiàn)直徑<1-2 mm的乳腺癌的活體近紅外熒光成像（NIRFI）。
相比已有的MRI造影劑，該新型造影劑能夠跨越血管內(nèi)皮細(xì)胞和血腦屏障，具有廣譜的腫瘤主動(dòng)靶向性。材料制備工藝可控，由具有高生物相容性的人鐵蛋白殼一步仿生礦化反應(yīng)合成，無需傳統(tǒng)昂貴和復(fù)雜的膜包被和靶向分子偶聯(lián)修飾過程，具有高效和綠色經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。
這項(xiàng)研究成果是該課題組繼成功仿生合成和鑒定該磁性鐵蛋白材料（Cao et al., 2010, JGR, 115, B07103；Walls et al., 2013, Microscopy and Microanalysis, 19(4): 835-841）以及與合作者發(fā)現(xiàn)該材料在體外能特異識(shí)別腫瘤細(xì)胞和具有過氧化物酶雙功能（Fan et al., 2012, Nature Nanotechnology, 7(7): 459-464）之后的又一重要進(jìn)展。該研究從仿生合成材料的突破為腫瘤的體內(nèi)早期診斷提供了新試劑和新思路。
該研究工作得到中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)國(guó)際合作伙伴計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所雷皓研究員課題組、山東大學(xué)陳冠軍教授和劉巍峰教授課題組以及中科院生物物理所孫磊博士等參與了合作研究。
論文信息：Cao et al. Targeted in vivo imaging of microscopic tumors with ferritin-based nanoprobes across biological barriers. Advanced Materials, 2014, 26(16): 2566-2571.
能跨越體內(nèi)屏障和診斷微小腫瘤的核磁共振成像和近紅外熒光成像造影劑工作原理示意圖
