通过自折叠分子在纳米造影剂和药物载体方面取得突破

东京工业大学的科学家证明，含有钆的自折叠聚合物形成纳米复合物可能是增强磁共振成像和下一代药物输送的关键。由于其体积小、毒性低以及良好的肿瘤积累和渗透性，这些复合物代表了癌症诊断和中子捕获放射治疗造影剂的飞跃。

磁共振成像(MRI)是癌症的重要诊断工具，能够捕获软组织的详细图像。为了在MRI扫描中更清楚地显示肿瘤，医生通常会向患者注射造影剂。这些化合物影响附近氢离子对MRI中使用的射频脉冲的响应方式。理想情况下，造影剂应选择性地积聚在肿瘤中并增加MRI扫描中的对比度。

然而，尽管进行了许多研究工作，传统的钆(Gd)螯合物造影剂仍已达到其性能极限。简而言之，事实证明，在不诉诸过量Gd剂量的情况下，实现肿瘤、健康组织和血液中Gd螯合物分布的最佳剂量具有挑战性。

在此背景下，由东京工业大学(TokyoTech)、国立量子科学技术研究所(QST)和纳米医学创新中心(iCONM)的研究小组在东京工业大学副教授YutakaMiura的带领下进行了一项合作研究，凭借创新的分子设计，成功开发了一种具有卓越性能的新型纳米造影剂(NCA)。他们的研究结果发表在《先进科学》杂志上上。

拟议的NCA基于使用Gd作为造影剂，研究人员称之为“自折叠大分子药物载体(SMDC)”。他们将临床批准的含Gd螯合物纳入由聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PEGA)和丙烯酸苄酯(BZA)组成的聚合物链中。由于该聚合物同时含有亲水和疏水链段，当浸入水中时，它会迅速折叠成小胶囊状，疏水链段位于核心，亲水链段位于外壳。

利用这种方法，研究人员可以生产直径小于10纳米的SMDC-Gds分子。通过对患有结肠癌的小鼠进行实验，他们证实这些NCA不仅在肿瘤中积累得更好，而且还可以迅速从血液中消除，从而增强MRI性能而无毒性作用。

Miura教授解释说：“SMDC-Gds在肿瘤中的高积累和快速血液清除特性可以增加肿瘤与主要器官的积累比率，并最大限度地减少不必要的Gds沉积。”

该团队还展示了一种新颖的效果，使SMDC-Gds优于现有的Gd螯合物。理想情况下，Gd离子的运动应该最小化，以便它们对附近氢离子的影响稳定且持久。在所提出的分子设计中，核/壳结构创造了一个“拥挤”的分子环境，不仅抑制旋转，而且抑制Gd离子的分段和内部运动。

由此产生的效果是MRI图像的对比度更强，这将允许在未来的患者和环境中使用具有更安全轮廓的替代元素。

值得强调的是，SMDC-Gds的应用范围超出了MRI范围。这些化合物可用于中子捕获疗法(NCT)，这是一种很有前途的靶向放射治疗技术，其中Gds捕获中子并释放高能辐射，杀死附近的癌细胞。

小鼠实验表明，重复注射SMDC-Gd后的NCT可以极大地抑制肿瘤生长。研究小组认为，其原因是SMDC-Gds选择性积累并深入渗透到肿瘤组织中。

总的来说，研究人员为实现这些发现而共同努力，强调了SMDC不仅具有更好的MRI诊断潜力，而且还具有作为治疗癌症和其他疾病的有效工具的潜力。

Miura教授总结道：“这项研究为利用各种治疗货物开发药物输送提供了进一步的可能性，我们目前正在研究此类SMDC系统的开发。”