北京化工大学ACS Nano | 基于“连环计”策略的高分辨肿瘤血管磁共振成像

英文原题：High-Resolution Magnetic Resonance Angiography of Tumor Vasculatures with an Interlocking Contrast Agent

通讯作者：侯毅、张沛森（北京化工大学）

作者：Wenyue Li, Junwei Cheng, Xinyi Zhang, Yuqing Wang, Shuai Wu, Peisen Zhang*, Zhihua Gan, Yi Hou*

肿瘤血管系统在肿瘤的发生、发展和转移过程中起到至关重要的作用，不仅为肿瘤细胞提供必需的营养和氧气，也成为肿瘤细胞扩散和转移的主要途径之一。基于此，肿瘤血管的多样性被认为是肿瘤分级和预后的关键因素。但是到目前为止，肿瘤血管系统的综合评价仍然面临巨大的挑战，尤其是肿瘤血管系统的三维评价。

北京化工大学侯毅、张沛森团队利用“连环”造影剂PAA-Gd，实现了实体肿瘤增长过程中肿瘤组织血管生成与演变过程的可视化检测，并分析了其与肿瘤进展的关系。“连环”造影剂PAA-Gd是将临床小分子造影剂Gd-DTPA链接到聚丙烯酸（PAA）的侧链上，不仅有效规避单个小分子T₁增强效果低、血液循环时间短的弊端，同时由于聚合物链段的限制以及“兼性离子”结构，PAA-Gd造影剂能够有效滞留在血管内部，使得材料有很长的血液半衰期（69.2分钟），为获得三维肿瘤血管造影提供了延长的成像窗口（图1）。

图1. “连环”造影剂的示意图及基本性质表征

小鼠动态对比增强MRA图像显示，在注射PAA-Gd后，小鼠体内血管结构清晰可见，而注射临床小分子Gd-DTPA造影剂的小鼠血管对比度很低，无法显示血管细节。随后，在4T1乳腺癌荷瘤小鼠模型观察到，注射PAA-Gd后肿瘤内部血管可被清晰地描绘出来。进一步，在CT26结肠癌及Hepa1-6肝癌荷瘤小鼠模型，验证了该“连环”造影剂在不同类型肿瘤MRA诊断中的普适性（图2、图3）。

图2. 小鼠高分辨率三维动态对比增强（3D DCE）磁共振造影

图3. CT26、Hepa 1-6及4T1小鼠荷瘤模型MRA影像

在上述工作基础上，进一步对肿瘤血管生成与演变过程进行了研究。如图4所示，随着肿瘤的发展，肿瘤组织及周围的主要血管及其分支增多、变粗。CD34免疫组化结果进一步表明，随着肿瘤的发展，微血管数量显著增加，血管管腔增大，血管壁增厚。定量分析表明，肿瘤体积和血管体积均随时间显著增加，而肿瘤内血管的密度随肿瘤增长先快速上升，然后保持稳定。

图4. PAA-Gd连续监测肿瘤血管生成

PAA-Gd体内生物安全性评估显示，PAA-Gd注射组与对照组相比，血生化各项指标及器官组织形态均无显著差异，表明PAA-Gd的高生物安全性。综上所述，PAA-Gd具有极高的临床转化潜景，可用于血管相关疾病的临床MRI诊断。

相关论文发表在ACS Nano 上，北京化工大学博士研究生李汶玥为本文第一作者。

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High-Resolution Magnetic Resonance Angiography of Tumor Vasculatures with an Interlocking Contrast Agent

Wenyue Li, Junwei Cheng, Xinyi Zhang, Yuqing Wang, Shuai Wu, Peisen Zhang*, Zhihua Gan, Yi Hou*

ACS Nano, 2024, 18, 37, 25647–25656

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c07533 

Published August 31, 2024

© 2024 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）