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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: NanoST
标  题: [转载] 磁性纳米材料在临床磁共振成像中的应用
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat Feb 28 18:06:55 2004), 站内信件

磁性纳米材料在临床磁共振成像中的应用

　　磁性纳米材料在临床磁共振成像（Magnetic Resonance Imag-ing，MRI）中的应用，

主要是指纳米尺度的超顺磁性氧化铁（Superparamagnetic
    Iron Oxide，SPIO）粒子在MRI中的应用。SPIO是一种新型的磁共振阴性对比剂。临床

长使用较多的磁共振（MR）对比剂是二乙二胺五醋酸钆（Gd-DTPA），它能有效地提高磁共

振成像的诊断水平。随着磁共振血管成像（Magnetic
    Resonamce Angiography，MRA）的应用与发展，Gd-DTPA成为了增强MR血管成像的主要

对比剂。但随着使用的增加，发现Gd-DTPA有一些明显的不足之处，如；体内消除太快（如

血后可迅速通过细胞间隙，并经肾脏排泄）；而且体内分布没有特异性，使MR图象对比不

能明显改善，同时也需要响应的设备能够快速扫描，其价格也较贵。因此，科学家木们开

发出了一系列的磁性纳米材料——超顺磁性氧化铁，其体内组织特异性高，安全性好的特

点受到了临床的欢迎。

1  超顺磁性氧化铁颗粒的一般性质
　　20世纪80年代后期以来，国内外对超顺磁性氧化铁进行了饿广泛而深入地研究，在动

物实验及临床试验的基础上开发了各种不同的产品。SPIO的基本结构多以葡聚糖等包裹氧

化铁颗粒而得，直径一般在纳米数量级。粒度大小不同将影响到其体内分布特异性和磁性

特性。
　　不同的SPIO产品粒度有较大的不同。根据其颗粒大小可分为两类一类是普通的超顺磁

性氧化铁颗粒（SPIO）：一般直径40～400nm不等。一种常见制剂是Schering公司开发的S

HU555A（商品名为Resovist）。它是由Fe3O4和Fe2O3组成，外包碳氧葡聚糖，氧化铁核心

由若干个单晶体构成，每个单一的晶体的直径约为4.2nm，整个亲水性颗粒的直径约为62n

m。但临床上最常见的是Advanced
    Magnetics公司开发的AMI-25（Ferumoxides，商品名为Feridex），直径为（50±29）

nm，其核心氧化铁颗粒的直径约为20nm。AMI-25在美国、欧洲及日本等国已完成临床试验

，已有商品出售，国内现也有部分地区在临床上使用。另外还有Nycomed公司开发的MSM和

NSP430等。另一类是超微型超顺磁性氧化铁颗粒（Ultrasmall
    superparamagnetic iron oxides，USPIOs）：最大直径不超过30nm，如Advanced Ma

gnetics公司的开发的AMI-227（Ferumoxtran）和Nycomed公司开发的FeO-BPA就属于这类制

剂，前者平均直径只有4～6nm，后者颗粒更小。

2   超顺磁性氧化铁的生物学特性
　　超顺磁性氧化铁在体内的分布具有明显的特异性。只主要是由于人体的网状内皮系统

（PES）具有十分丰富的吞噬细胞，这些吞噬细胞是人体细胞免疫系统的组成部分，但超顺

磁性氧化铁纳米颗粒通过静脉注射进人体后，与血浆蛋白结合，并在调理素作用下被网状

内皮系统识别，吞噬细胞就会把超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为异物而摄取，从而使超顺磁

性氧化铁是一种网状内皮细胞丰富的组织和器官中。所以超顺磁性氧化铁是一种网状内皮

系统对剂，可用于肝、脾、淋巴结、骨髓等富含网状内皮细胞的组织和器官的MR增强。吞

噬细胞吞噬超顺磁性氧化铁颗粒后使用相应区域信号减低，而肿瘤组织因不含正常的吞噬

细胞而保持信号不变。
　　超顺磁性氧化铁的颗粒大小对其进入网状内皮系统的部位有较大影响，一般直径较大

的SPIOs主要为肝、脾的网状内皮系统所摄入。如Feridex的血浆半衰期小于10min，静注后

数分钟内，83%分布于肝脏，6%～10%分布于肝脏。静注后2h，肝脏含量达最高值，约为89

%。USPIOs由于颗粒小，主要进入淋巴结组织及骨髓组织中。只是由于USPIOs颗粒较小而且

表面包有较厚的葡聚糖层，与血浆蛋白和调理素的作用减弱，影响了吞噬细胞对其的摄入

，学循环半衰期长达100min以上，而在血管中停留较长时间使得其可以通过毛细胞血管壁

，更广泛地分布于组织中，特别是可通过毛细血管末梢进入骨髓，并可通过淋巴管，输送

到淋巴结。

3  超顺磁性氧化铁对比剂的增强原理
　　常见的顺磁性MR对比剂，如Gd-DTPA，由于含有不成对电子（在钆原子的外层轨道上）

，通过质子弛豫增强，结果造成组织的弛豫时间缩短。
　　超顺磁性氧化铁也能增强质子弛豫，但其培增强的原理与顺磁性化合生物对比剂有所

不同。由于其特殊的化学结构，超顺磁性氧化铁粒子即使在较弱的磁场中也可产生较大的

磁性，而外磁场撤消后磁性也迅速消失，即具有所谓超顺磁性。超顺磁性氧化铁颗粒分布

于组织后，呈不均匀分布，造成局部磁场的不均匀，从而加速了质子去相位的T2弛豫，使

组织信号降低，而对T1弛豫影响较小。USPIOs的由于颗粒较小，血浆半衰期较长，可诱导

显著的T1缩短效应，在缩短T2值的同时引起了明显的T1值缩短，在使T1W1上组织信号增高

的同时，使T2W1上组织信号降低。

4  超顺磁性氧化铁在肝脏磁共振成像中的临床应用
　　（1）肝癌的检出和诊断  超顺磁性氧化铁在体内被吞噬细胞摄取后，主要处在于富含

吞噬细胞的正常肝组织中，使正常肝组织的T2W1信号减弱，而肝转移瘤和原发性细胞癌等

恶性肝脏瘤组织中都缺乏吞噬细胞，T2W1信号不降低，出现相对高信号区，这样就增加了

肝癌组织与肝正常组织之间的对比。良性肝脏肿瘤（如局灶性结节增生和肝细胞腺瘤）含

有吞噬细胞或血池（血管瘤）也可引起T2W1肿瘤信号减弱，从而与恶性肿瘤的高信号相区

别。
　　对超顺磁性氧化铁在肝肿瘤检出效率的临床研究发现，SPIOs可明显提高肿瘤与正常组

织的对比度噪声比（CNR），而且在不同场强下，经过对比剂增强后均能检出更多的病灶组

织。例如有人在0.6T场强下，对15例肝转移瘤用AMI-25进行增强扫描，结果与增强前的MR

图象相比，检出病灶的数量增加了6倍检出病灶的最小直径也从增强前的1.5cm下降到0.3c

m，效果非常明显。
　　肿瘤细胞也可摄入超顺磁性氧化铁颗粒，并且特征地在肿瘤部位表现为T1W1信号增强

，而T2W1信号降低，故可与其他良性肝脏肿瘤相区别。良性肝脏肿瘤的信号虽然降低，但

弱于正常肝组织，而且具有一定的特征性，故良性肝脏肿瘤的检出率仍可达90%以上。USP

IOs由于血浆半衰期较长，而且T1效应明显，还可提供肿瘤的血管特性，因此比SPIOs更有

助于肝血管瘤的检出和定性。
　（2）肝硬化、肝炎等疾病的诊断  肝硬化部位（增生的纤维间隔和再生结节）由于缺乏

吞噬细胞，表现为不均匀性的信号降低，且信号降低程度低于正常肝组织；活动性肝炎由

于吞噬细胞的功能受损，可表现为均匀的轻度信号降低；而正常肝组织T2W1上表现为均匀

的明显的信号降低；因此超顺磁性氧化铁的应用可提高了MRI对于肝硬化、肝炎等肝脏疾病

的检出敏感性。
（3）在肝磁共振血管成像（MRA）方面的应用 有人给动物静注3种剂量的SHU 555A后，进

行增强前后的门脉系统成像比较，结果表明，静注超顺磁性氧化铁明显改善了门脉系统的

显示。而且SHU
    555A浓度高，肝实质信号的强度下降就越显著，门脉系统的对比度就越大，其中以门

脉左主支表现最为明显。有人对临床疑诊肝细胞癌的病人静脉注SHU555A，然后通过计算机

重建得到了三维MRA影象，结果图象上清楚地显示了肝细胞癌、门脉及肝静脉。有人用SHU


    555A在48位病人身上进行了临床试验，结果表明，静注SHU 555A明显改善了门脉系统

的显示，三级分支的显示率从增强前的15.2%上升到增强后的87.0%。
　　作为理想的MRA对比剂，超顺磁性氧化铁颗粒应具有一个较长的血浆半衰期，使得在成

像过程中血中的对比剂浓度尽量保持不变。要实现这一点，可减少氧化铁核心的粒度，而

氧化铁核心的变小，又将导致更可观的T1缩短作用，使之更加使用于MRA。从这个意义上讲

，USPIOs可能更适合作MRA对比剂。有人用3种剂量的AMI-227在16例病人身上进行了临床试

验。结果发现所有人的血管在静注AMI-227后45min时增强效果非常明显，并且以3种剂量下

的增强程度没有明显差别。由于AMI-227的血浆半衰期相对较长，AMI-227作为血池对比剂

时，注射时间就变得不是那么重要了，这样在实施时比较方便，也可减少时间的耽误。同

样，由于AMI-227血浆半衰期长，一次增强可作多种成像，也可增加扭曲血管或血流速度较

慢血管的信号强度，因此AMI-227可能是一种优良的MRA对比剂。FeO-BPA是一种直径小于〈

20nm的新型USPIOs血池对比剂，比AMI-227的R2/R1值更低，T1效应更强，可能更适用于MR

A。在动物模型上把FeO-BPA应用于腹部血管的MRA，结果证明在普通场强下FeO-BPA就可进

行MRA。
　　超顺磁性氧化铁颗粒除了应用于网状内皮系统外，也有用作脑血流灌注和心肌缺血评

价的报道。

5  超顺磁性氧化铁的毒副作用
　超顺磁性氧化铁的毒副作用主要来自于铁的含量。铁是人体内的正常成分，但如果人体

内铁的含量太大时，就会有毒性问题。例如正常人每克肝组织内铁含量达到200μg时，就

会发展成为肝硬化和肝细胞癌；另一方面，人体内铁的总量达15g以上时，就会出现亚急性

和慢性中毒反应。但从目前临床应用来看，超顺磁性氧化铁的临床应用剂量都远小于其毒

性的阈值。超顺磁性氧化铁在常规的临床剂量之下，如果缓慢注射，副作用是非常小的。


　以AMI-25为例，70kg体重的成年人只要接受约80mg的Fe就可满足诊断需要。在小鼠模型

上应用AMI-25达到300μmolFe/kg，也未见明显的急性中毒反应。从1988年AMI-25进入临床

研究以来，其常用剂量为10～15μmolFe/kg，轻度副作用的发生率为10%～15%，其中腰痛

比较常见，发生率约为3%～4%，其他副反应还包括潮红、皮疹和呼吸困难等，但都是可逆

的，无需治疗可自行恢复；低血压等中度中毒反应则相当少见。SHU
    555A的用药过程及用药后，没有明显的疼痛或其他不适症状，也未见明显的心血管毒

性。
　　AMI-227未见严重副反应的发生。有人报道副作用的发生率为20%，包括：心动过速、

心率不齐、热感、腰腹痛、头痛、脸红、低血压等，但都比较轻微，可在25min内自行恢复

。总体上讲，SPIOs和USPIOs是两类安全性较高的MR对比剂。


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