湖南大学宋国胜Nature Biomed. Eng.：磁性粒子成像技术新进展
生物医学活体成像技术在疾病的早期诊断、药物筛选、治疗效果评价等方面发挥着越来越重要的作用。目前生物医学成像技术应用于活体分子成像方面，依然受限于信号穿透深度的问题，生物标志物浓度低，以及极度复杂的人体环境。
目前，如何能够直接在活体水平对对疾病的发生、发展和病变进行可视化研究，依然面临着很多挑战。
磁性粒子成像（MPI）是一种新型生物医学影像技术。与传统的磁共振成像（MRI）不同是，MPI是通过直接探测磁性粒子在磁场中的响应性变化，实现对磁性粒子空间分布的直接成像。
图1. MPI 成像原理（Nature，2005,435, 1214）
目前，MPI的关键瓶颈在于缺乏有效MPI造影剂。
如果直接将MRI的造影剂用于MPI，通常会产生较弱的MPI信号或者无MPI信号。原本适用于MRI的影响规律，也并不完全适用于MPI。这就要求人们继续发展适用于MPI的成像规律和开发高效MPI的造影剂。
近日，湖南大学宋国胜教授与斯坦福大学饶江宏教授合作，通过系统的磁性粒子的组成、结构、尺寸、组分对MPI信号的影响，获得了影响MPI成像信号的作用规律和关键原理，开发了新型磁性粒子探针（FeCo@C合金粒子），并首次将于应用于磁性粒子成像（MPI）。
图2. 高饱和磁化率的FeCo@C纳米粒子
与商用的MPI的造影剂（氧化铁）相比，他们利用FeCo的高饱和磁化率的性质，大大提高的MPI，其FeCo合金粒子的MPI信号强度其是商用造影剂的6-15倍。考虑的FeCo易被氧化的特性，利用CVD法制备了FeCo@C的纳米粒子，利用碳层的保护作用，提高了探针的长期稳定性。
图3. 高灵敏MPI成像可以清晰看见5ng FeCo 探针
值得一提的是，相对于MRI检测水质子的弛豫率的信号来说，FeCo磁性粒子在MPI中产生的磁化率是水质子在MRI中的百万倍。由于磁性信号的高穿透性，可以清楚看到磁性探针在全身的各处的分布，其产生的成像信号不会受到组织影响的而衰减。
图4. FeCo产生的MPI信号无组织穿透深度限制
更重要的是，可以看得清极低含量的造影剂（5 ng），其灵敏度远高于MRI。由于人体中本身没有磁性粒子的，所以磁性造影剂产生的信号，不会受到其他组分的干扰（比如占人体70%的水），这可以极大地提高成像的信噪比。此外，为了提高探针的肿瘤靶向能力，他们还通过制备Janus结构的方法，获得高肿瘤靶向能力的光磁纳米粒子，可以清楚看见原位乳腺癌和深度脑胶质瘤。
图5. MPI/CT全身可视化肿瘤成像以及脑胶质瘤成像
这项技术将为干细胞示踪、脑中风、药物输送治疗、肺部灌注成像、胃肠出血、神经退行性疾病、肿瘤早期诊断等的研究，提供了能够在活体精准测量的有力工具。
宋国胜教授课题组网站：
http://grjl.hnu.edu.cn/cc?code=3A9DA10AEC03E9909BE4A4A5624CF1A9
参考文献：
(1) Song*, Rao* et al. Carbon-coated FeCo nanoparticles assensitive magnetic-particle-imaging tracers with photothermal andmagnetothermal properties. Nat. Biomed. Eng. 2020, DOI, 10.1038/s41551-019-0506-0,https://www.nature.com/articles/s41551-019-0506-0
(2) Song, Rao* et al. A Magneto-Optical Nanoplatform forMultimodality Imaging of Tumors in Mice. ACS Nano 2019, 13, 7750.
(3) Song, Rao* et al. Janus Iron Oxides @ SemiconductingPolymer Nanoparticle Tracer for Cell Tracking by Magnetic Particle Imaging.Nano Lett. 2018, 18, 182