一种能“嗅出”休眠肿瘤细胞团的磁共振成像传感器

在体内成像领域，实现亚百微米分辨率的微观生物靶标（如休眠肿瘤细胞簇）可视化是一大挑战。现有成像技术如CT软组织对比度不足，PET/SPECT有辐射且成本高，光学成像穿透深度有限，而MRI虽有高空间分辨率和深组织穿透能力，但传统对比剂 relaxivity（弛豫率）不足，限制了其对微小靶标的检测。

本研究开发了一种亲电性工程化磁性传感器（EEMS）。该传感器由钆-金（GdAu）纳米颗粒构成，利用金（Au，电负性2.54）的高电负性增强相邻钆（Gd，电负性1.20）原子的亲电性，促进水分子中富电子氧原子与顺磁中心的诱导作用，实现强内球水配位，缩短配位距离（0.23 nm），增强水质子与顺磁中心未成对电子的直接空间偶极相互作用（ECD原理）。

EEMS经聚乙二醇（PEG）配体修饰后（W-EEMS），在9特斯拉磁场下纵向弛豫率（r1）达23.2 mM⁻¹s⁻¹，是临床对比剂钆特醇的近6倍，且横向弛豫率与纵向弛豫率比值（r2/r1）低至1.3，为理想的T1对比剂。其能清晰显示50微米的毛细血管，在0.5-9特斯拉磁场范围内均表现出优异的弛豫性能。

通过表面修饰抗上皮细胞黏附分子（EpCAM）适配体，EEMS-aptamer实现对肿瘤细胞的靶向识别。体外实验显示，其能检测含<800个肿瘤细胞的微小簇，对应约64.5微米的细胞簇尺寸；体内实验中，在乳腺癌小鼠模型中，能精准检测腋窝淋巴结中直径小至68.5微米的休眠肿瘤细胞簇（Ki67阴性，无明显血管生成）。

基于EEMS增强的ECD-MRI引导手术，完整切除含休眠肿瘤细胞簇的原发灶和淋巴结，可阻止肿瘤细胞进入循环系统，使荷瘤小鼠术后100天存活率达100%，而传统对比剂引导手术的存活率仅33.3%-44.4%。安全性评估显示EEMS-aptamer具有良好的胶体稳定性、生物相容性和肾脏清除能力，无明显器官毒性。

该研究提出的ECD-MRI原理突破了现有成像技术的检测极限，为癌症早期诊断、监测和治疗提供了变革性工具。