19F磁共振成像（MRI）：从材料设计到临床应用

19F磁共振成像（MRI）：从材料设计到临床应用

磁共振成像（MRI）是现代医学影像学中最具前景的技术之一，尤其在不使用放射性核素或电离辐射的情况下，为疾病的早期监测、诊断和治疗提供了重要手段。本文将介绍19F MRI技术的基本原理、常用探针分子及其在临床应用中的最新进展。

实现对各种疾病的早期监测、开发非侵入性诊断工具和实施靶向治疗是当前医学的一些主要挑战。成像技术在寻找这些目标方面发挥着关键作用，磁共振成像（MRI）是不使用放射性核素或电离辐射的成像技术中最有前途的技术之一。通过核磁共振成像的基础是由Lauterbur在20世纪70年代初奠定的，它依赖于氢原子在外部磁场周围排列和前进的能力。横向射频脉冲的激发破坏了质子的磁排列，影响了它们的纵向或自旋晶格弛豫（定义为T1时间常数）和横向或自旋-自旋衰变时间（T2时间常数）。然后处理质子如何弛豫到基态的差异，以重建由每个成像单元（体素）产生的信号的强度并生成图像。Yousaf等人[1]临床1H**MRI利用活体组织中大量的流动水及其氢原子的不同弛豫特性，以高空间分辨率和优异的软组织对比度提供生理和解剖信息。

19F探针最简单的选择显然是商业上可买到的小氟化分子，并且由于其在MRI实验中的量可以精确确定，因此可以定量应用。因此，早期工作集中在这类分子上，六氟苯（HFB）、全氟代杯（PFD）和全氟辛烷（PFN；图1）是更常用的衍生物。发现HFB在体内对氧张力的变化表现出异常的敏感性。当在大鼠乳腺肿瘤的中心和外围区域给药时，它是一种有价值的19F MRI报告分子；获得了氧张力图，并研究了肿瘤血管氧合与组织氧张力动力学之间的相关性。Wolfson等人[2]指出全氟十烷（PFD）被广泛用作血液替代品和液体辅助通气，已被测试为体内炎症成像的替代性无毒PFC，尽管获得了非常弱的信号强度。全氟壬烷被证明是用于体内胃肠道成像的耐受性良好且生物惰性的口服CA。

图1 一些19F分子示踪剂的化学结构：六氟苯（HFB）、全氟代杯（PFD）、全氟碳烷（PFN）、全氟化辛基溴（PFOB）、15-全氟冠-5-醚（PFCE）和四（全氟丁基）季戊四醇（PERECTA）

将全氟氯化碳配制成水包油（o/w）纳米乳液是克服其水溶性差的最广泛使用的策略。通常，这种胶体系统由具有被脂质层包裹的PFC核心的纳米液滴组成（图2），并且可以通过不同的乳化剂进行稳定（见表1）。这些试剂减少了多余的界面能，并在全氟氯化碳颗粒周围形成结构-机械屏障，防止它们粘在一起。然而，最终PFC浓度和所得乳液的稳定性在很大程度上取决于所用PFC的化学性质。虽然很难实现高浓度的PFCE，但可以制备非常稳定和浓缩的PFOB乳液。例如，蛋黄磷脂（EYP）可以有效地达到这一目的，因为它们降低了PFOB/水的界面张力，并提供了最佳的亲水-亲脂性平衡值。

图2 代表多功能PFC纳米乳液液滴的卡通。PFC核心被脂质单层覆盖，该脂质单层可以用特定的靶向和有效载荷分子进行功能化

[1] Yousaf, M. Z.; Jing, Y.; Yang-Long, H.; Song, G. Chin. Phys. B 2013, 22, 058702.
[2] Wolfson, M. R.; Shaffer, T. H. Paediatr. Respir. Rev. 2005, 6, 117.