人類重大疾病（如心血管疾病、腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病等）的早期診斷是目前臨床醫(yī)學(xué)最具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一，及時(shí)高效的診斷可以實(shí)現(xiàn)疾病的早發(fā)現(xiàn)、早治療，顯著提高患者的生存率。因此，開發(fā)高效的影像診斷造影劑有望為未來(lái)人類重大疾病的根治提供技術(shù)保障，是當(dāng)前國(guó)際生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員施劍林、步文博與復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院、華山醫(yī)院等密切合作，在生物醫(yī)用稀土功能材料新型納米影像探針的設(shè)計(jì)、制備與醫(yī)學(xué)應(yīng)用中取得了系列重要研究進(jìn)展。
以心血管疾病為例，心臟、血管（動(dòng)脈、靜脈、微血管）相關(guān)的急性或慢性疾病，一般都或多或少與動(dòng)脈硬化有關(guān)。然而，目前的臨床醫(yī)學(xué)水平還很難對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊實(shí)現(xiàn)早期診斷。因此，高性能血池造影劑的研制在動(dòng)脈粥樣硬化的高效早期診斷中具有潛在的應(yīng)用前景。基于此，依據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于稀土Gd無(wú)機(jī)影像探針的磁共振影像增強(qiáng)機(jī)理的研究（Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 298-307）和“表面Gd離子效應(yīng)”的設(shè)計(jì)思想（超小粒徑以增加表面功能Gd離子比例、顯著提高造影性能），他們?cè)O(shè)計(jì)、制備了超小尺寸NaGdF4（約2納米）影像探針，其磁共振造影性能是臨床Gd劑的兩倍，并成功應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)兔血管造影及動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的早期高效診斷；同時(shí)由于巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（探針表面修飾DTPA螯合劑），避免了探針中Gd3+泄露所帶來(lái)的潛在生物毒性，并可以通過(guò)腎臟高效排出體外，為解決“無(wú)機(jī)探針難降解、活體內(nèi)滯留所導(dǎo)致的潛在生物毒性”科學(xué)難題提供了一個(gè)可借鑒的研究思路；同時(shí)該工作系統(tǒng)研究了探針活體內(nèi)生物相容性、血液指標(biāo)等，為納米造影劑的臨床轉(zhuǎn)換醫(yī)學(xué)提供了參考。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于Adv. Mater., 2014, DOI: 10.1002/adma.201305222。
在腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，腦膠質(zhì)瘤是最為惡性的顱內(nèi)腫瘤，然而由于血腦屏障的存在，腦膠質(zhì)瘤等腦部重大疾病的早期診斷和有效治療均不理想。針對(duì)目前影像探針存在著跨越血腦屏障侵害性、效率低、靶向性差以及腦膠質(zhì)瘤成像診斷模式單一等缺點(diǎn)，依據(jù)該研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于“正負(fù)晶格屏蔽效應(yīng)”的設(shè)計(jì)思路（Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4285-4294），他們采用晶格外延生長(zhǎng)技術(shù)，制備了高性能上轉(zhuǎn)換發(fā)光（UCL）/ 磁共振成像（T1-MRI）雙模式影像探針（NaYF4:Yb/Tm/Gd@NaGdF4）：核殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但顯著提高了上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，同時(shí)又高效引入了磁共振（T1-MRI）造影功能，實(shí)現(xiàn)了UCL/T1-MRI雙模式成像。進(jìn)一步在探針表面嫁接具有雙靶向功能的多肽（Angiopep-2），則賦予探針雙靶向功能：即不僅可以靶向腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，通過(guò)受體介導(dǎo)方式高效跨越血腦屏障，同時(shí)可以靶向腦膠質(zhì)瘤（U87MG），定位腫瘤邊界，為部分解決“腦膠質(zhì)瘤術(shù)前T1-MRI診斷及術(shù)中熒光介導(dǎo)切除”醫(yī)學(xué)難題提供了新的思路，具有潛在的重要醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果已發(fā)表于ACS Nano, 2014, 8 (2), 1231–1242。該工作在線發(fā)表后受到相關(guān)國(guó)際媒體的關(guān)注，其中ChemPubSoc Europe （歐洲化學(xué)出版協(xié)會(huì)）旗下專業(yè)新聞媒體ChemistryViews 以Bimodal Nanoprobes to Image Brain Tumors 為題對(duì)該工作進(jìn)行了專題報(bào)道。
上述研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市啟明星跟蹤計(jì)劃、上海市“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”納米科技專項(xiàng)和上海市人才發(fā)展資金的支持。
