2023年6月1日，《Nature Chemistry》期刊在线发表了题为《Opportunities and challenges with hyperpolarized bioresponsive probes for functional imaging using magnetic resonance》的Perspective 文章，该文章由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心国际灵长类脑研究中心Goran Angelovski研究员、约克大学Ben J. Tickner博士与江苏大学王高继博士合作完成。 

　　该Perspective总结了超极化磁共振领域内现代生物探针的前沿进展。磁共振技术是生物医药研究的重要工具，也是目前临床放射应用中关键的诊疗手段。超极化的方法包括溶融动态核极化（d-DNP）、自旋交换光泵(SEOP)和仲氢诱导极化(PHIP)等，都可以增强磁共振成像信号，从而检测到一般磁共振无法检测到的生物活动相关的分子（见图1）。与此同时，磁共振造影剂的化学发展也经历着巨大的进步，包括一类特殊探针——生物响应磁共振智能造影剂的开发。这类智能造影剂可以根据所处环境的变化调节MRI信号，从而帮助成像并更好地监测各种生理活动过程。这两者的结合，使超极化生物响应智能造影剂可用于MRI功能标记物的开发，为组织代谢学和生物化学提供更多信息。 

　　基于此，超极化生物响应探针领域飞速发展，已经开发出很多超极化分子探针。该Perspective强调了超极化生物探针三种方法（d-DNP、SEOP和PHIP）的最重要的概念验证性研究，讨论了这些可放大MRI信号的探针如何对生物相关的刺激源做出响应，如目标蛋白、活性氧、pH或金属离子等。文章还分析了功能性MRI与这类探针的结合如何快速监测到更多的生理活动。该文章以独特的视角捕捉到这项新技术为现代功能分子成像领域，尤其是生理活动和病理变化的实时观察所带来的发展潜力。 

　　中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心国际灵长类脑研究中心分子与细胞神经成像研究组的组长Goran Angelovski是该论文的通讯作者，主要研究方向为功能性磁共振成像的生物响应探针，在过去10年间发表了50余篇研究论文、数篇综述论文和2篇专著章节。分子与细胞神经成像研究组近年来已经开发出多种钙离子、锌离子、神经递质响应的MRI造影剂，以及功能性MRI体内验证的方法。 

　　该工作获得国家自然科学基金委、上海市、江苏大学、江苏省科学技术厅的资助。 

　　图1：超极化生物反应探针在磁共振功能分子成像中的应用前景。第一行：传统MRI技术受限于低灵敏度，因而低浓度的探针、药物或生物分子无法产生有效信号（左）；通过采用超极化技术，磁共振信号可以增强几个数量级（中）；对目标物或生物活动过程响应的探针可以获得实时信息（右）。第二行：标准的MRI图像可以得到组织形态信息（左）；通过化学位移成像(CSI)或化学交换饱和转移（CEST）的方法可以获取超极化生物响应探针的功能性图像，而且可以提供目标区域的立体局部信息（中）；将磁共振图与CSI或CEST数据叠加，可得到目标区域的3D分布图或目标物的浓度（右）。 

      来源：Goran Angelovski研究组

　　文字：高丫、王高继

　　图片：Goran Angelovski