中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量院基于弛豫調(diào)控實(shí)現(xiàn)高靈敏19F MRI-FLI分子成像

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，精密測(cè)量院研究團(tuán)隊(duì)在雙模態(tài)分子影像領(lǐng)域取得突破，通過(guò)弛豫調(diào)控策略開發(fā)了一種高靈敏度的19F MRI-FLI雙模態(tài)造影劑，在微摩爾分子濃度下實(shí)現(xiàn)了酸-堿響應(yīng)性氟-19磁共振-熒光雙模態(tài)成像(19F MRI-FLI)，為開發(fā)兼具高靈敏度和刺激響應(yīng)性的雙模態(tài)造影劑提供了新策略。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在化學(xué)類綜合性期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上。
 

基于氟化四苯乙烯[5]輪烷的響應(yīng)性19F MRI-FLI雙模態(tài)造影劑
 

　　雙模態(tài)成像通過(guò)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)能為生物醫(yī)學(xué)研究提供更精準(zhǔn)、全面的影像信息。例如，F(xiàn)LI適合提供細(xì)胞和淺表組織的高靈敏影像，19F MRI適合提供深層組織的量化“熱點(diǎn)”影像，而FLI-19F MRI雙模態(tài)成像能提供從細(xì)胞到整體動(dòng)物的全面精準(zhǔn)信息，在疾病的機(jī)制與診斷、藥物的追蹤與療效監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，19F MRI的靈敏度比FLI低1000倍以上，難以實(shí)現(xiàn)同一造影分子的雙模態(tài)成像和精準(zhǔn)信息整合。
 

　　針對(duì)19F MRI靈敏度低的難題，團(tuán)隊(duì)巧妙利用輪烷的機(jī)械鍵，高效對(duì)稱地整合4個(gè)氟化冠醚(輪)，構(gòu)建了由144個(gè)磁等價(jià)氟原子組成的超強(qiáng)19F MRI信號(hào)源；同時(shí)，利用輪烷的互鎖結(jié)構(gòu)調(diào)控氟原子的弛豫時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的快速采集。這些策略有效彌合了輪烷體系中19F MRI與FLI間的靈敏度差異，在微摩爾濃度下實(shí)現(xiàn)了雙模態(tài)成像。此外，四苯乙烯因運(yùn)動(dòng)受限觸發(fā)了聚集誘導(dǎo)熒光(AIE)效應(yīng)，利用“輪-軸”間pH響應(yīng)性的氫鍵生成和斷裂，實(shí)現(xiàn)了與“輪的駐停-穿梭”同步的FLI增強(qiáng)和削弱。
 

　　通過(guò)系統(tǒng)對(duì)比[5]輪烷形成前后及其“駐停-穿梭”狀態(tài)的核磁與熒光信號(hào)變化和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)[5]輪烷R5F結(jié)構(gòu)中4個(gè)氟化冠醚(輪)均以“C”型構(gòu)象串在四苯乙烯母核(軸)上，此時(shí)“輪-軸”間的氫鍵和位阻效應(yīng)、苯環(huán)間的π-π作用以及含氟基團(tuán)間的氟碳相作用共同限制了氟原子和四苯乙烯的運(yùn)動(dòng)，顯著增強(qiáng)了19F MRI和FLI信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了16 μM分子濃度下的快速19F MRI和pH響應(yīng)性FLI。該研究不僅發(fā)展了目前靈敏度最高的19F MRI-FLI雙模態(tài)造影分子，也為輪烷類分子機(jī)器的動(dòng)力學(xué)研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了全新視角。
 

　　[5]輪烷氫鍵斷裂導(dǎo)致的構(gòu)象變化(a)；R5F的19F NMR(b)；輪WF、[5]輪烷R5F及R’5F的19F弛豫時(shí)間(T1和T2，c)和對(duì)應(yīng)19F MRI(d)；R5F的pH響應(yīng)FLI(e)
 

　　該研究成果以“Mechanical Interlocking of 144 Symmetrical19F and Tetraphenylethylene for Magnetic Resonance-Fluorescence Dual Imaging”為題發(fā)表在化學(xué)類綜合性期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。精密測(cè)量院博士生楊蘭、博士后王方和副研究員李昱為文章共同第一作者，研究員江中興和陳世楨為通訊作者。
 

　　該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)和中國(guó)科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。