实验室宁莹莹教授团队：一种自旋态可调、适用于生物正交催化激活成像的铁基磁共振成像探针

MRI临床多用钆基造影剂，但特异性不足。现有两类靶向探针各有短板：直接靶向探针受MRI低灵敏度限制，适用靶点极少，纳米颗粒改造又存在体内滞留问题；酶、pH响应型智能造影剂仅能检测酶类靶点，无法识别蛋白受体等靶标。为此本文提出生物正交催化激活MRI新策略：先向病灶递送生物正交催化剂，再注射低弛豫背景的胞外铁探针，探针仅在病灶处被催化激活，剩余探针经肾脏排出，同时该成像体系需满足生物正交、低背景、高弛豫差值、快速反应、高催化转化数、低毒六大标准。

该体系融合生物正交化学的靶向特异性与铁探针自旋可调的优势，有效降低成像背景、提升病灶对比度，充分说明自旋调控型铁基探针在靶向分子磁共振成像中拥有良好的发展前景。

传统钆基磁共振造影剂存在检测灵敏度不足、背景信号干扰强的缺陷，极大限制了靶向MRI探针的研发与应用。针对这一痛点，本研究首次提出并验证了“生物正交催化激活MRI”这一创新策略，成功开发了一种基于铁配合物的可激活MRI探针，其核心机制在于通过自旋态的可控转换实现信号的“从无到有”式激活：配合物在未激活时处于低自旋态，弛豫率极低（0.01 mM⁻¹s⁻¹），背景信号几乎为零；当与钌催化剂特异性相遇后，触发自旋态转换并伴随自氧化反应，弛豫率提升超过100倍（>1 mM⁻¹s⁻¹），转换数超过200，从而在靶标部位产生显著且可放大的MRI对比增强。该策略有效克服了传统MRI探针灵敏度不足和背景信号偏高的瓶颈问题。虽然目前催化剂（Ru-BSA）仍需通过瘤内注射局部递送，但作者指出未来可通过将靶向配体（如靶向细胞表面受体或胞外基质标志物）偶联至催化剂，实现系统给药后的主动靶向，从而将适用范围扩展至多种疾病和器官系统；同时，进一步优化铁配合物的结构以提升弛豫率，将有助于增强成像灵敏度。总而言之，这项工作为开发高特异性、低背景、可激活的MRI探针提供了全新思路，并有望在分子影像和疾病早期精准诊断中发挥重要作用。

相关研究成果以“An Iron-Based MRI Probe with Tunable SpinState for Bioorthogonally Catalyzed Activation Imaging”为题发表在《Journalof the American Chemical Society》期刊上，其中通讯作者为宁莹莹教授，第一作者为郭艳慧博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金（海外）项目、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室自主研究课题（Skllmd-2024-08）等科研项目的资助。