◎本報(bào)記者 俞慧友

2月20日，記者從湖南大學(xué)獲悉，該校化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授宋國(guó)勝團(tuán)隊(duì)和教授張曉兵團(tuán)隊(duì)，在磁共振成像研究中取得了系列重要進(jìn)展，多項(xiàng)重要成果在《自然》子刊上獲得連續(xù)刊發(fā)。

“我們深入研究了腫瘤進(jìn)展期的特征，結(jié)合腫瘤特征及腫瘤治療過(guò)程中產(chǎn)生的特殊生化物質(zhì)，開(kāi)發(fā)了一系列新型分子探針，進(jìn)一步探索了生物分子與疾病發(fā)生和發(fā)展的作用機(jī)制。”宋國(guó)勝告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

在新型分子探針的助力下，腫瘤血流、細(xì)胞凋亡和免疫反應(yīng)的磁共振成像更加精準(zhǔn)，這將助力醫(yī)生在治療過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整治療方案，提高療效并降低副作用。

打破磁共振成像分子層面局限

磁共振成像為分子影像技術(shù)的一種，可以在無(wú)需侵入性操作的情況下，提供高分辨率的生理結(jié)構(gòu)圖像。同時(shí)，磁共振成像具有較強(qiáng)的組織穿透力和軟組織成像能力，在大腦、脊髓、肌肉、肝臟和心臟等組織的成像方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外，磁共振成像還可以同時(shí)提供解剖學(xué)圖像和功能性圖像。這些特點(diǎn)讓它在臨床醫(yī)學(xué)中有著廣泛應(yīng)用。

然而，傳統(tǒng)磁共振成像在分子層面的特異性檢測(cè)上仍存在局限性——當(dāng)面對(duì)早期微小病變或特定分子標(biāo)志物時(shí)，常規(guī)成像往往難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別。

宋國(guó)勝告訴記者，為了更準(zhǔn)確、清晰地觀察腫瘤等某些特定的組織或病變，一種特殊的工具——磁共振分子探針應(yīng)運(yùn)而生，被廣泛用于生物醫(yī)學(xué)研究中。這種分子探針在注入生物體后，會(huì)精準(zhǔn)地找到目標(biāo)，如腫瘤細(xì)胞或炎癥區(qū)域，并滯留在這些地方，使這些區(qū)域在磁共振成像的圖像中變得更亮或更暗，從而讓病變區(qū)域更容易被識(shí)別。

宋國(guó)勝稱：“這能直接觀測(cè)疾病相關(guān)的分子活動(dòng)，對(duì)疾病早期診斷和療效評(píng)估具有重要意義。”例如，分子探針能在腫瘤微環(huán)境中探測(cè)到與腫瘤發(fā)展相關(guān)的分子標(biāo)志物，幫助實(shí)現(xiàn)腫瘤早期診斷和個(gè)性化治療方案的制定，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腫瘤大小和形態(tài)變化，評(píng)估免疫治療效果。

進(jìn)一步提高分子探針精度

盡管磁共振成像在臨床中應(yīng)用前景廣闊。張曉兵告訴記者，當(dāng)前分子探針設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，且其靈敏度也常常難以滿足臨床需求。結(jié)合多模態(tài)成像技術(shù)開(kāi)發(fā)更加高效的分子探針，成為行業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

湖南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)深入研究腫瘤進(jìn)展期特征，結(jié)合腫瘤特征及腫瘤治療過(guò)程中產(chǎn)生的特殊生化物質(zhì)，開(kāi)發(fā)了一系列新型分子探針。

他們針對(duì)一氧化氮這一重要信號(hào)分子，采用超順磁性的納米粒子作為信號(hào)中心，構(gòu)建了一氧化氮激活的分子探針。“這類探針利用一氧化氮的切割反應(yīng)位點(diǎn)來(lái)調(diào)控磁性納米粒子的磁化率，有效提高了磁共振成像對(duì)體內(nèi)一氧化氮的檢測(cè)靈敏度。我們可以利用它在小鼠腫瘤模型的免疫治療過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小鼠體內(nèi)一氧化氮含量變化，實(shí)現(xiàn)免疫治療效果的早期評(píng)估，為個(gè)性化治療提供技術(shù)支持。”宋國(guó)勝說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多模態(tài)分子探針，將磁共振成像與光學(xué)成像、磁性粒子成像等其他影像技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了磁共振成像的臨床應(yīng)用范圍，在復(fù)雜病情的診斷和監(jiān)測(cè)中具有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。例如，通過(guò)將長(zhǎng)余輝光學(xué)成像與磁共振成像結(jié)合，團(tuán)隊(duì)利用光學(xué)成像的高靈敏度與磁共振成像的組織穿透力，顯著提高了成像的準(zhǔn)確性。宋國(guó)勝表示，這種雙模態(tài)成像能精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)小鼠腫瘤在放療后的生物分子變化，從而更早地預(yù)測(cè)放療療效，為精準(zhǔn)調(diào)節(jié)放療劑量提供支持。這不僅有助于提升腫瘤治療效果，還能有效減少治療副作用。

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AI助力磁共振成像領(lǐng)域研究

“分子探針可以精準(zhǔn)標(biāo)記腫瘤或其他病變區(qū)域，而AI算法則能對(duì)這些區(qū)域的磁共振信號(hào)進(jìn)行智能分析，進(jìn)一步提升成像精度。”湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授張曉兵透露，研究團(tuán)隊(duì)正在探索將AI算法與磁共振成像技術(shù)結(jié)合，并取得了初步成果。

AI算法能夠有效減少磁共振成像固有背景信號(hào)的干擾，顯著增強(qiáng)低信號(hào)區(qū)域的成像效果，尤其在結(jié)合分子探針的應(yīng)用時(shí)，這種優(yōu)勢(shì)更加明顯。例如，在腫瘤邊界識(shí)別方面，AI能夠更清晰地分辨出分子探針標(biāo)記的腫瘤邊緣，即使是微小腫瘤也能被準(zhǔn)確捕捉。

湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授宋國(guó)勝說(shuō)，通過(guò)分子探針標(biāo)記和AI分析，醫(yī)生可以更準(zhǔn)確地評(píng)估腫瘤的特征（如大小、形態(tài)、代謝活性等），從而為患者量身定制最合適的治療方案。AI算法與分子探針的結(jié)合，不僅推動(dòng)了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的革新，還為腫瘤的早期診斷、精準(zhǔn)手術(shù)和個(gè)性化治療提供了強(qiáng)有力的工具。