《Materials & Design》：Tumor microenvironment-responsive DP-PEGylated manganese dioxide/methylene blue nanoparticle suspension for gastrointestinal labeling and dual-modality imaging
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传统胃肠道肿瘤术中定位方法（如染色、钛夹标记等）存在晕染效应、成像缺失及标记物移位等局限，影响手术切缘判断。为此，研究人员设计了一种兼具可见标记与磁共振成像（MR）能力的多功能纳米颗粒（MDPBMNs）。研究表明，该纳米颗粒具有良好的生物相容性，在巴马小型猪模型上实现了超过7天的清晰MR成像与超过30天的肉眼可视标记，且扩散范围小，为推进精准外科手术提供了潜力巨大的新型对比剂。
在肿瘤治疗领域，准确判定手术切除范围是确保疗效与长期预后的关键。特别是对于经过新辅助放化疗后的局部晚期直肠癌患者，肿瘤边界可能因治疗而发生改变，如何精确定位残留病灶或微小转移灶，成为外科医生面临的巨大挑战。目前临床常用的定位技术各有不足：内镜下染料（如亚甲蓝、纳米碳混悬液）注射标记简便，但存在显著的扩散晕染，边界模糊；钛夹结合X射线定位则可能在术前发生脱落，且无法在磁共振（MR）下显影；而常规的影像学检查对微小病灶的定位精度有限。这些缺陷直接影响了手术中“阴性切缘”的获得，增加了术后复发风险。因此，临床迫切需要一种能够整合高对比度可视化标记与高精度成像功能的新型定位剂。
为了回应这一迫切需求，来自厦门大学医学院东方医院的研究团队，在《Materials》期刊上发表了一项创新性研究。他们巧妙地利用纳米技术，设计并合成了一种名为MB/(DP-PEG)-BSA@MnO2纳米混悬液（MDPBMNs）的新型多功能材料。该研究旨在开发一种能够通过浆膜下注射直接给药，同时实现肉眼直接观察和MR双模态成像的精准定位平台，以克服传统方法的扩散问题和成像短板。
为开展此项研究，作者团队运用了多个关键技术方法。在材料合成与表征方面，他们通过生物矿化与氧化还原反应制备了BSA@MnO2纳米颗粒，并利用二磷酸-聚乙二醇（DP-PEG）进行表面修饰，再通过静电吸附负载亚甲蓝（MB），最终得到MDPBMNs。研究使用了动态光散射（DLS）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等手段全面表征了纳米颗粒的理化性质。在安全性评价中，采用了MTT法、钙黄绿素-AM/碘化丙啶（PI）双染法进行体外细胞毒性检测，并通过红细胞溶血实验评估血液相容性。体内研究则采用了SD大鼠和巴马小型猪两种动物模型，通过组织病理学（H&E染色）、血液学分析、氧化应激标志物检测以及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析锰离子代谢，系统评估了生物安全性。在成像性能评估方面，研究在3.0 T场强下进行了体外和体内的MR成像，并利用离体猪结肠模型和巴马小型猪活体模型，系统评价了MDPBMNs的扩散行为及在不同胃肠道部位（胃、小肠、结肠）的标记与成像效果。
2.1. MDPBMNs的表征
通过一系列表征技术证实成功合成了MDPBMNs。纳米颗粒呈蓝棕色，水合粒径约为83.70±5.43 nm，分布均匀（PDI<0.2）。透射电镜显示其形貌规则，粒径约80 nm。傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析确认了MnO2核心、BSA和DP-PEG的成功修饰以及MB的有效负载，形成了类似核壳的结构。
2.2. MDPBMNs的理化性质
MDPBMNs在储存30天后水合粒径会增大，但经超声处理后能恢复至接近初始大小，证明了其良好的抗絮凝和再分散能力。冻干复溶实验表明，加入4%牛血清白蛋白（BSA）作为保护剂后，冻干品能快速复溶（<60秒），且复溶后的粒径、多分散指数和成像性能与新鲜样品相当，显示出优异的储存稳定性，便于临床使用。
2.3. MDPBMNs的安全性评价
体外细胞实验（MTT法和Calcein-AM/PI染色）表明，在浓度不高于150 μg/mL时，细胞存活率均≥75%，显示出良好的细胞相容性。溶血实验证实其不会引起红细胞溶血。在SD大鼠模型中，浆膜下注射MDPBMNs后，主要器官的氧化应激指标（MDA、SOD、CAT）与对照组无显著差异。在巴马小型猪的长期（30天）实验中，动物的生存状态、体重增长、血液学指标、器官系数及组织病理学检查均未发现异常。此外，通过ICP-MS追踪锰离子（Mn2+）代谢发现，Mn2+主要在注射后2小时内在肝脏和肾脏快速积累，随后持续下降，在15天时各器官含量已降至与对照组无差异的水平，表明其主要通过肝肾途径被有效清除，避免了长期器官沉积。
2.4. MDPBMNs的体外成像
在3.0 T MR下，MDPBMNs表现出优异的双模态对比增强能力。在150 μg/mL浓度下，其纵向弛豫率（1/T1）和横向弛豫率（1/T2）分别达到12.3 [Mn] mM-1s-1和19.5 [Mn] mM-1s-1，是临床常用对比剂钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）的3.65倍和4.63倍。
2.5. 谷胱甘肽（GSH）响应实验
为模拟肿瘤微环境（TME，酸性、高谷胱甘肽），进行了GSH触发的锰离子释放研究。在pH 6.5、存在4 mM GSH的条件下，MDPBMNs在120分钟内可释放近99%的Mn2+，证实其在TME中能快速响应并释放具有成像功能的顺磁性Mn2+。
2.6. 离体器官实验
在离体猪结肠模型上，对比了MDPBMNs与碘对比剂、Gd-DTPA的扩散行为。注射12小时后，150 μg/mL MDPBMNs的扩散直径（1.27±0.13 cm）显著小于碘剂（2.61±0.18 cm）和Gd-DTPA（2.98±0.22 cm），且无显著晕染，显示出更高的定位精度。MR成像也证实MDPBMNs能产生清晰的T1加权像高信号和T2加权像低信号对比。
2.7. MDPBMNs的体内成像
在巴马小型猪的胃、小肠和结肠进行浆膜下注射MDPBMNs（150 μg/mL）。MR成像显示，注射后30分钟即在所有部位产生强对比信号。信号在注射后第3天达到峰值，并可持续至少7天以上，满足围手术期定位的时间窗口需求。至第30天，MR信号虽显著减弱，但剖腹探查时注射点仍可见明显的黑棕色标记点。作为对照的纳米碳混悬液（NCSI）组则无任何MR成像信号，且标记点扩散明显。
本研究得出结论，成功研发的MDPBMNs是一种集成了可见光标记与MR双模态成像功能的肿瘤微环境响应型纳米平台。其核心优势在于：1) 精准定位：通过浆膜下直接注射给药，避免了纳米颗粒进入全身循环可能带来的风险，且扩散范围极小，克服了传统染料标记的显著晕染问题；2) 优异成像：在肿瘤微环境中响应性释放Mn2+，其MR弛豫率显著优于临床常用对比剂Gd-DTPA，并能提供长达一周以上的有效成像窗口；3) 高安全性：系统的体外和体内（SD大鼠、巴马小型猪）安全性评估证实了其良好的生物相容性，且Mn2+主要通过肝肾途径被快速清除，无长期器官沉积担忧；4) 易于转化：合成方法简便、重复性好，冻干后稳定性佳，支持大规模生产和临床转化。
这项研究的重大意义在于，它为解决胃肠道肿瘤外科手术中长期存在的精准定位难题，提供了一个极具临床转化潜力的创新方案。MDPBMNs将直观的术中染色与可定量的术前/术中影像导航相结合，有望帮助外科医生更精确地确定肿瘤边界和手术切缘，从而实现真正的“精准切除”，这对于提高肿瘤根治率、保护正常组织功能、改善患者预后具有重要的推动作用。
