朱靜怡，施健輝，楊軍星，盛慧，張林珊，管婧希，黃和

（南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 211800）

癌癥作為人類難以治療的疾病之一，其診斷與治療已成為醫(yī)學(xué)難題[1-2]。癌癥的局部浸潤性和遠處轉(zhuǎn)移性，使得疾病晚期的治療難度加大，而癌癥患者晚期的生存率和治療費用又與癌癥的確診階段密切相關(guān)。因此在這一系列的癌癥診療過程中，癌癥的早期診斷對于治療非常關(guān)鍵[3-5]。

分子影像學(xué)作為一門新興學(xué)科，是運用影像學(xué)手段展示組織、細胞及亞細胞水平分子的生理乃至生物學(xué)行為的科學(xué)研究方法[6-8]。常見的能用于分子影像學(xué)檢查的手段包含：超聲成像（ultrasonic imaging，US）、X射線斷層成像（X-ray computed tomography imaging，CT）、磁共振成像術(shù)（magnetic resonance imaging，MRI）、正電子發(fā)射計算機斷層顯像（position emission tomography，PET）和單光子發(fā)射計算機斷層顯像（single photon emission computed tomography，SPECT）等[9-11]。其中MRI是運用射頻波及磁場激發(fā)氫原子核共振，吸收及釋放能量，通過獲得電磁信號來產(chǎn)生體內(nèi)器官及組織圖片的一種成像手段[12-13]。由于其具有較高的成像分辨率、能夠在分子結(jié)構(gòu)上提供病變、解剖學(xué)等生理學(xué)信息且無放射性輻射等優(yōu)點，被臨床廣泛使用[14]。目前臨床上常用的MR成像造影劑主要有順磁性、超順磁性及鐵磁性物質(zhì)3大類，其中商業(yè)使用的主要為基于釓離子的順磁性MRI造影劑，如馬根維顯、歐乃影等，由于其較小的相對分子質(zhì)量致使其在體內(nèi)具有較短的血液循環(huán)時間、無組織特異性，且其存在一定的腎毒性[15-16]。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，可將眾多MRI元素與納米材料相結(jié)合，可改善傳統(tǒng)臨床MRI造影劑的諸多缺點。在諸多的納米材料中，超支化聚合物由于良好的理化性質(zhì)可作為構(gòu)建MRI造影劑的優(yōu)選載體。其中，超支化聚乙烯亞胺（hyperbranched polyethyleneimine，PEI）由于價格低廉、具有獨特的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，被廣泛用作各種無機雜化納米顆粒的穩(wěn)定劑及載體[10,17-19]。

PEI是一種支鏈狀的高分子聚合物，其制備較為簡單。可采用單體法合成得到，即通過氮丙環(huán)自身在酸性條件下與另一分子氮丙環(huán)開環(huán)聚合，按照這種開環(huán)聚合方法多次重復(fù)與氮丙環(huán)反應(yīng)即得到PEI[20]，如圖1所示。PEI由于含有較多分支結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使其形成類似球狀分子，支化分配的狀態(tài)使其內(nèi)部形成了疏水性的空腔，可用于包裹、絡(luò)合金屬納米顆粒及穩(wěn)定無機金屬氧化物等[21-23]。與此同時，其分支結(jié)構(gòu)中含有多個二級胺結(jié)構(gòu)，其氮原子可有效絡(luò)合金屬離子從而實現(xiàn)配位穩(wěn)定的作用。其支鏈端位豐富的氨基，保證了構(gòu)建的納米材料的可修飾性，賦予其諸多的生物醫(yī)學(xué)功能。因此，PEI基于其優(yōu)良結(jié)構(gòu)，在分子醫(yī)學(xué)影像等方面應(yīng)用廣泛[17-19]。

圖1 PEI合成示意圖Figure 1 Schematic diagram of the synthesis of PEI

MRI常用的納米造影劑按功能分類可分為2種，包括陽性（T1）成像造影劑和陰性（T2）成像造影劑。T1MRI造影劑主要有釓離子[17-18]、四氧化三錳（Mn3O4）納米顆粒[19]；T2MRI造影劑主要有超順磁性氧化鐵納米顆粒[24]。這些常見的MRI造影劑存在水溶性較差、腎毒性高、無腫瘤特異性等缺點[25]，因此需要一個優(yōu)良的納米平臺作為載體，提高其生物相容性、水溶性、增加在腫瘤處納米造影劑的富集量，以實現(xiàn)材料介導(dǎo)的精準MRI。PEI恰能彌補該缺陷，如今已有多種PEI的MRI造影劑被開發(fā)利用，且其具有較高的弛豫率，可實現(xiàn)優(yōu)異的MRI?；赑EI的MRI造影劑類型分為T1MRI造影劑、T2MRI造影劑和兩者兼具的T1/T2雙模態(tài)MRI造影劑。因此，本綜述針對近年來PEI的各類MRI造影劑的構(gòu)建及其應(yīng)用進行歸納總結(jié)，為開發(fā)新型MRI造影劑提供參考。

1 基于超支化聚乙烯亞胺的T1 MRI造影劑

基于PEI良好的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點，其可用于絡(luò)合金屬離子及穩(wěn)定金屬氧化物，因此構(gòu)建的基于PEI的T1MRI造影劑的代表主要是釓[18]和錳的氧化物[19]，釓、錳元素的順磁性，可使水分子的交換速率改變，導(dǎo)致T1弛豫時間縮短，最終表現(xiàn)為T1加權(quán)成像信號增強[19,26]。

1.1 基于超支化聚乙烯亞胺的釓造影劑

由于釓造影劑屬于T1MRI造影劑，在檢查中能夠得到高分辨率影像，三價釓離子（Gd3+）具有8個配位點，能夠形成多種配合物，且螯合效率較高。因此以釓離子為成像元素構(gòu)建的基于PEI的釓造影劑在研究及臨床上具有較好的應(yīng)用。

Zhou等[17]利用聚乙二醇（PEG）修飾的PEI連接釓離子螯合劑 2，2′，2′′-（10-（2-（2，5-二氧代吡咯烷-1-氧基）-2-氧乙基）-1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-1，4，7-三）三乙酸（DOTA-NHS），并以此為模板包裹納米金顆粒，載入釓離子，最終將PEI表面剩余氨基完全?；瑯?gòu)建用于MR/CT成像的雙模態(tài)造影劑，即釓載入的功能化PEI包裹金納米顆粒（Gd@Au PENP）。研究表明構(gòu)建的該納米造影劑具有較低的毒性，生物相容性、水溶性、膠體穩(wěn)定性良好，具有較高的弛豫率（r1= 0.89 mM-1·s-1），且作為高效造影劑展現(xiàn)出良好的動物血池和器官MRI效果。如圖2所示，在給小鼠注射Gd@Au PENP后，箭頭所指的主動脈和下腔靜脈明顯變亮，且能在體內(nèi)維持至少3 h以上的MRI增強效果，體現(xiàn)其良好的血池T1MRI效果。Zhou等[18]后期在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了靶向表達葉酸（FA）受體腫瘤的MR造影劑FA-Gd-Au PENPs，將FA通過PEG為橋梁連接在PEI表面。研究表明構(gòu)建的FA-Gd-Au PENP造影劑具有更高的弛豫率（r1=1.1 mM-1·s-1），且能與FA受體高表達的腫瘤特異性結(jié)合以實現(xiàn)靶向腫瘤MRI的功能，相對于Gd-Au PENP，F(xiàn)A-Gd-Au PENP在腫瘤部位的MRI信號更高，對腫瘤細胞表現(xiàn)出良好的靶向性，通過在腫瘤部位較高的材料富集以實現(xiàn)材料介導(dǎo)的高效MRI特性。

圖2 小鼠接受Gd@Au PENP注射后其主動脈T1 MRI圖[17]Figure 2 T1-weighted MRI maps of the mouse’s aorta after injection of the Gd@Au PENP[17]

除此之外，氧化釓（Gd2O3）也作為良好的T1成像物質(zhì)被用來構(gòu)建多種MRI造影劑[27-28]。Xu等[29]首先將氯化釓（GdCl3）溶解于乙二醇中，以過氧化氫作為氧化劑進行氧化并攪拌，形成納米混合物后沉淀一周，獲得氧化釓納米顆粒。然后再用1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基-碳二亞胺鹽酸鹽/N-羥基琥珀酰亞胺（EDC/NHS）偶聯(lián)反應(yīng)將熒光素修飾在PEI表面，制備得到高水溶性的熒光素-PEI，最終將納米氧化釓顆粒加入上述熒光素-PEI溶液中，通過氧化釓納米顆粒與PEI表面剩余氨基的配位螯合得到PEI包覆的氧化釓納米粒子，構(gòu)建具有熒光標(biāo)記功能的T1MRI造影劑，其具有良好的弛豫率（r1= 6.76 mM-1·s-1，r2= 20.27 mM-1·s-1）。 該 造 影 劑 在 PEI 的包覆下提高了生物相容性，在體內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的MRI功能。通過建立肝腫瘤模型發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建的該納米造影劑在肝腫瘤處具有明顯的T1增強信號，該納米造影劑在肝腫瘤處的積累量明顯高于正常肝組織，究其原因，在于其能被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)細胞主動吞噬，因此體現(xiàn)肝腫瘤的T1成像信號增強效應(yīng)。

目前構(gòu)建的基于PEI的釓造影劑在PEI的存在下明顯提升了釓造影劑的水溶性、穩(wěn)定性及生物相容性，可在動物體內(nèi)實現(xiàn)良好的T1MRI效果。但由于PEI自身結(jié)構(gòu)特點，可進行多種金屬納米顆粒及金屬氧化物的包裹，易影響釓元素與水分子的交換速率，從而改變T1弛豫時間，時常會減小釓元素弛豫率進而影響MRI效果，因此基于PEI的釓造影劑由于表面修飾基團及內(nèi)部包裹或穩(wěn)定金屬納米顆粒的不同會造成弛豫率的差異，且影響情況不可控。因此，構(gòu)建基于PEI的釓造影劑，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)與功能使其具有較高的弛豫率，在這方面仍需改進，這也為以后構(gòu)建基于PEI的釓造影劑提供了思路。

1.2 基于超支化聚乙烯亞胺的錳氧化物造影劑

由于錳元素也具有一定的順磁性，能改變水分子的交換速率從而縮短組織臟器的T1弛豫時間，因此被作為T1MRI造影劑，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛使用。目前能呈現(xiàn)較好T1MRI效果的錳基造影劑主要為錳氧化物，主要種類有氧化錳（MnO）、二氧化錳（MnO2）、Mn3O4等[30-32]。由于錳氧化物造影劑單獨作用時穩(wěn)定性和體內(nèi)生物相容性較差、易沉淀，具有一定的毒副作用，因此將其與PEI結(jié)合構(gòu)建基于PEI的錳氧化物造影劑，可明顯改善其性能，可增強錳氧化物的水溶性及生物相容性，使其能在體內(nèi)實現(xiàn)良好的MRI效果。

Luo等[33]構(gòu)建了PEI穩(wěn)定的Mn3O4納米顆粒，以PEI為穩(wěn)定劑，運用水熱合成法，以二甘醇作為還原劑和溶劑，乙酰丙酮錳作為錳源，控制高溫，在高壓反應(yīng)釜中通過一步法制備PEI穩(wěn)定的Mn3O4納米顆粒（Mn3O4-PEI NP）。隨后，在Mn3O4-PEI NPs表面修飾異硫氰酸熒光素（FI）、功能分子PEG化的FA（PEG-FA），以及甲氧基封端的PEG（mPEG），最終將PEI表面剩余氨基乙酰化，制備得到FA靶向的多功能Mn3O4納米顆粒Mn3O4-PEI-Ac-FI-mPEG-(PEG-FA) NP，其粒徑約為8.1 nm，T1弛豫率r1為0.566 mM-1·s-1。表征測試表明，制備得到的Mn3O4-PEI-Ac-FI-mPEG-(PEG-FA) NPs具有良好的生物相容性、水溶性和低血液毒性。形成的Mn3O4-PEI-Ac-FI-mPEG-(PEG-FA) NPs與未修飾靶向分子FA的錳基造影劑相比，對表達FA受體的腫瘤細胞靶向性更好，滿足對腫瘤的靶向檢測要求，不論在體外還是體內(nèi)均表現(xiàn)出較強的靶向腫瘤MRI信號。體內(nèi)MRI效果表明，注射后1 h，構(gòu)建的Mn3O4-PEI-Ac-FI-mPEG-(PEG-FA) NPs在腫瘤處富集量達到最高，此時腫瘤處的MRI信號最強。之后隨著時間的延長腫瘤處的MRI信號逐漸減弱，但各時間點下使用靶向材料的腫瘤MRI信號值均高于使用非靶向材料的腫瘤MRI信號（見圖3）。

圖3 荷瘤小鼠分別接受靶向和非靶向材料注射后其腫瘤處的T1 MRI結(jié)果[33]Figure 3 Results of T1-weighted MRI in tumors after injection of targeted and non-targeted materials towards tumor-bearing mice[33]

Zhu等[19]后期同樣運用水熱合成法制備得到PEI穩(wěn)定的Mn3O4納米顆粒，并以此為載體運用PEI表面氨基，進行多功能化修飾，除了熒光素FI、靶向分子FA、生物相容性分子PEG之外，還修飾有大環(huán)1,4,7-三氮雜化壬烷-N,N’,N’’-三乙酸（NOTA-NHS）螯合劑，最后以NOTA-NHS為橋梁，將放射性核素銅-64（64Cu）標(biāo)記在NOTA上以間接標(biāo)記在構(gòu)建的功能化Mn3O4納米顆粒上，構(gòu)建的64Cu標(biāo)記的功能化Mn3O4納米顆粒基于FA的靶向介導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)腫瘤對其特異性結(jié)合，以進行精準的腫瘤靶向PET/MR成像。值得注意的是，構(gòu)建的64Cu標(biāo)記的功能化Mn3O4納米顆粒與之前報道的PEI穩(wěn)定的Mn3O4納米粒子相比具有更高的T1弛豫率（r1= 0.996 mM-1s-1），這可能是由于較高的PEG負載量促使水分子更易接近Mn3O4內(nèi)核，使其弛豫時間變短、弛豫率升高。

目前構(gòu)建的基于PEI的錳氧化物造影劑在體內(nèi)MRI應(yīng)用中體現(xiàn)出較好的生物相容性，其在體內(nèi)的毒性要低于釓造影劑，因此在臨床上有所應(yīng)用。但基于PEI的錳氧化物造影劑自身也具有一定的缺陷，在短期內(nèi)錳氧化物納米顆粒可在PEI的作用下提升水溶性及穩(wěn)定性，但長期儲存下基于PEI的錳氧化物造影劑易于聚沉，且粒徑變大，后期注射入體內(nèi)易堵塞血管，且其弛豫率低于基于釓的造影劑，MRI效果低于基于釓的造影劑。因此，構(gòu)建的基于PEI的錳氧化物造影劑在體內(nèi)穩(wěn)定性及弛豫率方面的提升仍需深入研究，為今后構(gòu)建精準的基于PEI的錳氧化物MRI造影劑奠定基礎(chǔ)。

2 基于超支化聚乙烯亞胺的T2 MRI造影劑

T2MRI造影劑在MRI中表現(xiàn)出暗場效果，通過降低病灶部位明暗度以突出器官組織病變情況。T2MRI造影劑的典型代表主要為磁性氧化鐵納米顆粒[34-35]，由于其納米粒徑較大，以及穩(wěn)定性和生物相容性較差，常需要加入功能試劑或載體進行穩(wěn)定或修飾。PEI作為良好的納米載體，能夠有效耐受高溫以配合磁性氧化鐵高溫合成的特點，且其良好的水溶性及生物相容性可提高磁性氧化鐵納米顆粒的穩(wěn)定性、降低毒副作用。因此，基于PEI的T2MRI造影劑在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。

基于PEI的氧化鐵納米顆粒，由于PEI的介導(dǎo)及穩(wěn)定作用，可有效避免形成尺寸較大的磁性納米顆粒，進而避免磁性氧化鐵納米顆粒聚集。Goon等[36]以PEI為穩(wěn)定劑，一方面阻止磁性氧化鐵納米顆粒聚沉，另一方面PEI可用于負載小尺寸（2 nm）的金納米顆粒?；赑EI的介導(dǎo)，在氧化鐵納米顆粒表面可形成功能層以阻礙磁性納米顆粒聚沉。動態(tài)光散射研究結(jié)果表明，未經(jīng)PEI穩(wěn)定的磁性氧化鐵納米顆粒在超聲后立即聚集，水動力學(xué)半徑增長至1 μm，且納米顆粒很快聚沉至瓶底。然而，PEI穩(wěn)定的磁性氧化鐵納米顆粒其穩(wěn)定性明顯提升，不易發(fā)生聚沉，動態(tài)光散射測試結(jié)果顯示，其粒徑恒定在200 nm左右。這種穩(wěn)定性歸功于PEI所具有的靜電及位阻排斥力。Steitz等[37]同樣以PEI穩(wěn)定超順磁性氧化鐵納米顆粒（SPION），發(fā)現(xiàn)其在高鹽濃度及各種pH條件下仍然具有良好的膠體穩(wěn)定性。該課題組還測試了不同pH、電解質(zhì)濃度（2.5 mmol·L-1NaCI）下的納米粒子渾濁度，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH處于5～11時，SPION發(fā)生聚沉，原因是較低的靜電排斥作用不足以穩(wěn)定該納米體系；然而，同樣改變pH環(huán)境，PEI穩(wěn)定的SPION并沒有出現(xiàn)任何渾濁現(xiàn)象，說明PEI在不同pH條件下均可增強SPION的膠體穩(wěn)定性。

Wang等[38]以PEI作為穩(wěn)定劑熱分解乙酰丙酮鐵制備水溶性SPION，通過調(diào)控合成溫度及PEI的相對分子質(zhì)量，使得SPION平均粒徑被調(diào)控于6 ～12 nm之間，并摻入PEG和PEI，PEI通過表面氨基連接在SPION表面，PEG通過范德華力和氫鍵作用連接PEI，以這種方式將PEG和PEI連接在SPION表面。由于PEG和PEI具有強親水性和生物相容性，使得SPION在去離子水和其他生理溶劑中具有良好的分散性、膠體穩(wěn)定性和生物相容性。與此同時，PEI的加入，可調(diào)控SPION表面電勢，使得合成的SPION作為優(yōu)良的MRI造影劑適用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

Li等[39]首次采用一鍋水熱合成法制備PEI穩(wěn)定的磁性氧化鐵納米顆粒（Fe3O4-PEI NP），隨后將功能分子FI、2種不同相對分子質(zhì)量的透明質(zhì)酸（HA，HA6K和HA31K）分別修飾在Fe3O4-PEI NP表面并進行靶向效應(yīng)的對比，其粒徑約為15～16 nm，具有良好的分散性和膠體穩(wěn)定性，體外細胞毒性測試及血液相容性測試結(jié)果驗證其具有良好的生物相容性。在腫瘤細胞靶向性實驗中證明，該課題組構(gòu)建的基于HA修飾、經(jīng)PEI功能化的磁性氧化鐵造影劑對腫瘤細胞具有良好的靶向功能，可作為腫瘤細胞的有效分子探針。構(gòu)建的Fe3O4-PEIFI-HA6KNP和Fe3O4-PEI-FI-HA31KNP，其橫向弛豫率r2分別為 139.45 和 150.07 mM-1·s-1（見圖 4）。Fe3O4-PEI-FI-HA31KNP比Fe3O4-PEI-FI-HA6KNP具有更高的弛豫率是由于HA6K的密集接枝限制了水分子有效進入納米顆粒表面。構(gòu)建的Fe3O4-PEI-FIHA6KNP和Fe3O4-PEI-FI-HA31KNP比其他功能化的Fe3O4NP具有更高的橫向弛豫率[40-41]，可作為良好的T2陰性造影劑用于MRI。

Li等[42]后期在一鍋法水熱合成PEI穩(wěn)定的磁性氧化鐵納米顆粒的基礎(chǔ)上，將靶向試劑FA通過PEG修飾在其表面，構(gòu)建的功能化磁性氧化鐵納米顆粒Fe3O4-PEI-Ac-FI-PEG-FA NP能夠與高FA受體表達的腫瘤細胞特異性結(jié)合。該造影劑仍然具有較低的細胞毒性，良好的生物相容性、水溶性和膠體穩(wěn)定性。材料MRI研究表明，隨著材料濃度的升高，MRI信號值逐漸降低?；贔A的靶向效應(yīng)，該納米探針在體內(nèi)外能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏的靶向MRI效果。如圖5所示，隨著時間的延長，注射Fe3O4-PEI-Ac-FIPEG-FA NP材料的荷瘤鼠腫瘤部位MR信號逐漸減弱，與之相比，經(jīng)Fe3O4-PEI-Ac-FI-mPEG NP處理的荷瘤鼠腫瘤部位MR信號不隨時間的增長而降低。在經(jīng)Fe3O4-PEI-Ac-FI-PEG-FA NP處理4 h后，腫瘤部位的MR信號降低到最低，后由于材料在體內(nèi)代謝排出，24 h后腫瘤處MR信號得以恢復(fù)。這一結(jié)果體現(xiàn)了FA介導(dǎo)的靶向腫瘤MRI的特性。

圖4 Fe3O4-PEI-FI-HA6K NP和Fe3O4-PEI-FI-HA31K NP的T2 MRI圖及1/T2線性擬合圖[39]Figure 4 T2-weighted MRI map and 1/T2 linear fitting chart of Fe3O4-PEI-FI-HA6K NP and Fe3O4-PEI-FI-HA31K NP,respectively[39]

圖5 在靜脈注射Fe3O4-PEI-Ac-FI-mPEG NP及Fe3O4-PEI-Ac-FI-PEG-FA NP后腫瘤部位的MR信號圖[42]Figure 5 MR signal intensity of tumor after intravenous injection of Fe3O4-PEI-Ac-FI-mPEG NP or Fe3O4-PEI-Ac-FI-PEG-FA NP[42]

Do等[43]以PEI作為活性穩(wěn)定劑控制氧化鐵納米顆粒的合成，通過共沉淀法應(yīng)用羥胺與PEI制備SPION，且通過PEI調(diào)控SPION的顆粒尺寸、納米簇的水動力學(xué)半徑、包覆SPION的層厚及弛豫率r2。構(gòu)建的單分散性PEI-SPION平均粒徑為14.4 nm，其弛豫率r2為227.6 mM-1·s-1，在濃度達132 mg·L-1時PEI-SPION仍沒有明顯細胞毒性。體內(nèi)MRI研究表明，大鼠肝臟對PEI-SPION具有快速且強效的攝取。構(gòu)建的PEI-SPION通過PEI介導(dǎo)合成來有效調(diào)控SPION的尺寸及提升弛豫率，作為有效且靈敏的MRI造影劑，具有潛在的應(yīng)用價值。

目前構(gòu)建的基于PEI的氧化鐵納米T2MRI造影劑，在PEI的作用下增強了氧化鐵納米顆粒在體內(nèi)的生物相容性、水溶性及穩(wěn)定性，且其可通過PEI自身的合成調(diào)控氧化鐵納米顆粒粒徑從而明顯提升弛豫率r2?；赑EI的氧化鐵納米造影劑作為陰性造影劑的典型代表被普遍應(yīng)用于臨床，實現(xiàn)體內(nèi)靈敏的MRI[44]。但構(gòu)建的用于T2MRI的基于PEI的SPION粒徑普遍偏大，在體內(nèi)進行MRI的過程中易于堵塞血管，在對荷瘤鼠模型進行長期MRI監(jiān)測觀察的過程中荷瘤鼠易死亡。因此，在調(diào)控基于PEI的SPION粒徑方面仍待改進，這也為構(gòu)建基于PEI的新型T2MR造影劑提供了思路。

3 基于超支化聚乙烯亞胺的T1/T2雙模態(tài)MR造影劑

MRI技術(shù)可在沒有電離輻射的前提下獲得成像部位高分辨率解剖學(xué)及生理學(xué)信息，按照其成像特征分為T1MRI和T2MRI[45]，目前構(gòu)建多模態(tài)MRI造影劑已成為趨勢，旨在結(jié)合T1MRI與T2MRI特征及優(yōu)勢，在成像精確度、靈敏度、分辨率、生物相容性及弛豫率方面有所完善，實現(xiàn)更為精準的MRI[46-47]。

Li等[48]構(gòu)建了HA修飾的Fe3O4@Mn3O4納米復(fù)合材料，將其用于腫瘤細胞T1/T2雙模態(tài)MRI，起到了對腫瘤細胞的靶向監(jiān)測效果。在該項研究中，研究人員首先通過水熱合成法一步合成了PEI包覆的Fe3O4@Mn3O4納米復(fù)合材料（Fe3O4@Mn3O4-PEI NC），隨后將HA通過PEI表面氨基修飾在PEI包覆的Fe3O4@Mn3O4納米復(fù)合材料表面。構(gòu)建的Fe3O4@Mn3O4-PEI-HA NC為球型且粒徑分布均勻，平均粒徑為（23.6 ± 6.5）nm，部分粒子聚集且相互連接在一起（見圖6）。在該課題組研究的濃度范圍內(nèi)，其構(gòu)建的Fe3O4@Mn3O4-PEI-HA NC擁有良好的水分散性、膠體穩(wěn)定性、生物相容性，且能實現(xiàn)靶向CD44受體表達的腫瘤細胞。構(gòu)建的Fe3O4@Mn3O4-PEI-HA NC由于包含T1及T2成像元素，因此具有T1/T2MR雙模態(tài)成像功能，具有較高的T2弛豫率（r2=143.26 mM-1·s-1）、T1弛豫率（r1=2.15 mM-1·s-1），能被用作有效的納米探針，實現(xiàn)體外腫瘤細胞靶向T1/T2雙模態(tài)MRI。

Cai等[49]將具有T1MRI功能的氫氧化釓[Gd(OH)3]與具有T2MRI功能的Fe3O4有機結(jié)合，構(gòu)建Fe3O4-Gd(OH)3納米復(fù)合物，實現(xiàn)體內(nèi)外T1/T2MR雙模態(tài)成像。該課題組應(yīng)用水熱合成法，將FeCl2·4H2O通過氨水氧化，隨后將PEI與Gd(NO3)3混勻并加入裝有FeCl2·4H2O的反應(yīng)釜中，在高溫高壓反應(yīng)條件下一步水熱合成制得PEI穩(wěn)定的Fe3O4-Gd(OH)3磁性納米顆粒[Fe3O4-Gd(OH)3-PEI]。之后為增強其穩(wěn)定性，通過PEI表面氨基將mPEGCOOH修飾在Fe3O4-Gd(OH)3-PEI表面得到Fe3O4-Gd(OH)3-PEI-PEG。經(jīng)表征發(fā)現(xiàn)，該納米顆粒具有較高的 T1弛豫率（r1=5.63 mM-1·s-1）、T2弛豫率（r2=151.37 mM-1·s-1），同時具有良好的穩(wěn)定性及細胞相容性。最重要的是，其在體內(nèi)能實現(xiàn)精準的T1/T2雙模態(tài)MRI。注射該材料至小鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示在肝臟處具有優(yōu)異的T1/T2雙模態(tài)成像功能，4 h時T1MR信號強度達到最強，T1顯像最亮；T2MR信號強度最低，T2顯像最暗。之后隨著時間的延長，T1信號逐漸減弱、T2信號逐漸增強。材料在體內(nèi)的組織分布研究表明，F(xiàn)e3O4-Gd(OH)3-PEI-PEG納米材料易于代謝并排出到體外，具有良好的生物安全性。

研究人員以PEI為穩(wěn)定劑，整合T1MRI元素及T2MRI元素構(gòu)建基于PEI的T1/T2雙模態(tài)MR造影劑，其結(jié)合了T1成像及T2成像的優(yōu)勢，實現(xiàn)了目標(biāo)部位的精準成像。但其也存在些許缺陷，往往在呈現(xiàn)最佳T1成像效果之時，T2成像效果并未達到最佳。因此，在T1/T2雙模態(tài)MR造影劑中應(yīng)考慮如何調(diào)控T1MRI元素及T2MRI元素比例，使其在體內(nèi)同時達到T1及T2成像所需濃度，與此同時弛豫率r1與r2均能達到各自單獨成像時弛豫率的最高值。綜上，在后期的研究中，優(yōu)化調(diào)控T1MRI元素及T2MRI元素比例，使其達到各自弛豫率的最高值是研究熱點，也為今后構(gòu)建新型基于PEI的T1/T2雙模態(tài)MRI造影劑指明了方向。

4 結(jié)語與展望

本文總結(jié)了基于PEI的MRI造影劑的制備及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用進展，主要包括T1MRI、T2MRI和T1/T2雙模態(tài)成像，詳細綜述了釓基、錳基及鐵基MR納米造影劑，這些由PEI穩(wěn)定及負載的納米造影劑均具有良好的成像功能。通過綜述各類基于PEI的MRI造影劑的特性可知，PEI作為優(yōu)良的納米載體，不僅能作為良好的穩(wěn)定劑提高各類MR納米造影劑的穩(wěn)定性、水溶性及生物相容性，還能有效調(diào)控MR納米造影劑的尺寸及弛豫率，從而實現(xiàn)更為精準的MR診斷。加之PEI價格低廉、性能優(yōu)良，其豐富的支鏈結(jié)構(gòu)為納米造影劑的多功能化修飾提供了基礎(chǔ)，因此目前基于PEI的MR造影劑逐漸向臨床轉(zhuǎn)化，用于腫瘤的早期診斷。

總體來說基于PEI的MR造影劑改善了傳統(tǒng)的MR造影劑的各項缺陷，具有良好的體內(nèi)外MRI特性及功能。但仍存在不足之處，如成像靈敏度與其他成像模式相比不高，仍需要別的成像模式輔助及配合。目前構(gòu)建的PET/MR、MR/CT、SPECT/MR等多模態(tài)成像納米造影劑，可彌補單一成像模式缺陷，實現(xiàn)各成像模式優(yōu)勢互補，成為了研究趨勢。因此，構(gòu)建更為精準且靈敏度較高的基于PEI的多模態(tài)成像造影劑以彌補MR成像模式缺陷已成為造影劑研究領(lǐng)域的重點方向，且該技術(shù)在今后有望逐漸實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化，推廣應(yīng)用至腫瘤外的其他疾病。