近日，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院王忠良教授團(tuán)隊(duì)在磁粒子成像(MPI)領(lǐng)域取得系列重要研究進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》(中科院一區(qū)Top，IF=15.6)及材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Advanced Materials》(中科院一區(qū)Top，IF=26.8)。
 

　　MPI是一種可直接、定量、無輻射示蹤氧化鐵納米粒子的前沿分子影像技術(shù)，在腫瘤等重大疾病早期診斷方面極具潛力。然而，現(xiàn)有磁納米粒子多為磁共振成像(MRI)設(shè)計(jì)，與MPI的物理機(jī)制并不匹配，導(dǎo)致成像質(zhì)量受限。因此，針對MPI物理特性量身定制磁納米粒子已成為該領(lǐng)域亟待攻克的核心難題。針對上述瓶頸，團(tuán)隊(duì)成員凝練出兩大關(guān)鍵科學(xué)問題：1)如何設(shè)計(jì)高性能磁粒子成像探針，實(shí)現(xiàn)其理論靈敏度；2)如何構(gòu)建可精準(zhǔn)捕獲微小腫瘤的智能化平臺。
 

　　為此，團(tuán)隊(duì)成員楊鵬副教授提出“原子磁排布—納米磁結(jié)構(gòu)—介觀磁參數(shù)—宏觀磁性能”全鏈條構(gòu)效模型：以原子級可控化學(xué)合成精準(zhǔn)馴化成核速率、溫度、晶面抑制、摻雜與組裝，在納米尺度編程粒子的形貌、尺寸與表面特性，進(jìn)而改善其磁學(xué)參數(shù)，優(yōu)化其成像性能，為MPI技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化奠定了關(guān)鍵材料學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)成果以《Shape-Orchestrated Soft–Hard-Tandem Tracers: A Magnetic Control Strategy for Advanced Magnetic Particle Imaging》為題發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域國際頂級期刊J. Am. Chem. Soc。西安電子科技大學(xué)為論文第一通訊單位，王忠良教授為通訊作者，青年教師楊鵬副教授與碩士生段德尚為共同第一作者。
 

形狀調(diào)協(xié)的軟硬結(jié)合示蹤劑的設(shè)計(jì)原理
 

　　此外，基于上述研究，團(tuán)隊(duì)成員閆浩浩博士及張瑞麗副教授將仿生策略首次引入磁粒子成像領(lǐng)域，利用表達(dá)前列腺特異性膜抗原(PSMA)靶向抗體片段(gy-1)的基因工程巨噬細(xì)胞膜進(jìn)行表面功能化，獲得腫瘤靶向探針Fe3104PMgy-1，一舉突破體內(nèi)短代謝與微轉(zhuǎn)移灶難檢的雙重桎梏，實(shí)現(xiàn)了百量級(800個)腫瘤細(xì)胞的在體檢測，并在活體水平完成0.5 mm前列腺癌骨轉(zhuǎn)移的MPI早診，靈敏度比肩臨床金標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)成果以《Unleashing the Power of Magnetic Particle Imaging: Tailored Magnetic Nanoparticles for Ultrasensitive Detection of Bone Metastases in Prostate Cancer》為題，發(fā)表于材料科學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Advanced Materials。王忠良教授、中科院自動化所杜洋研究員、北京航空航天大學(xué)田捷教授、空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院韓東暉副主任醫(yī)師為共同通訊作者，西安電子科技大學(xué)閆浩浩博士、中科院自動化所史光源博士、西安電子科技大學(xué)張瑞麗副教授為共同第一作者。
 

基因工程巨噬細(xì)胞膜偽裝的定制磁納米粒子精準(zhǔn)識別前列腺癌骨轉(zhuǎn)移示意圖
 

　　王忠良教授團(tuán)隊(duì)提出的“底層原子設(shè)計(jì)—介觀性能編碼—宏觀精準(zhǔn)診斷”的貫通式創(chuàng)新，為下一代高靈敏、高分辨分子影像探針的設(shè)計(jì)提供了全新范式，不僅夯實(shí)了MPI從實(shí)驗(yàn)臺走向病床的理論與技術(shù)基石，也彰顯了團(tuán)隊(duì)在分子影像領(lǐng)域關(guān)鍵科學(xué)問題上的持續(xù)深耕與突破。相關(guān)工作也得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、陜西省自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。