基于点击化学的Gd(III)-DOTA-DBCO与Ac4ManNAz磁共振肿瘤成像研究

《RSC Advances》：MRI tumor imaging by click chemistry using Gd(iii)-DOTA-DBCO and Ac4ManNAz

　　

磁共振成像（MRI）是临床广泛应用的重要诊断工具，其无有害电离辐射的特性支持更频繁或长期的成像检查。然而，MRI存在灵敏度有限的不足，常需对比剂增强信号强度与图像对比度，尤其肿瘤与周围组织并非总能清晰区分，因此实现肿瘤特异性检测是提升癌症诊断MRI效能的潜在策略。本研究研究人员合成了一种新型MRI对比剂，通过将钆(III)-DOTA复合物与二苯并环辛炔（DBCO）偶联得到Gd(III)-DOTA-DBCO。采用叠氮修饰的甘露糖胺衍生物进行代谢糖工程（MGE），使癌细胞表面表达化学标签，这些标签与功能化钆(III)-DOTA复合物发生生物正交点击反应，实现了体外与体内癌细胞MRI对比的快速、灵敏增强。

本研究由日本宫崎大学医学与兽医学院Nobuhiko Ichiki、Hisao Saneyoshi、Hiroyuki Satoh、Atsushi Nanashima及Yan Xu等研究人员完成，相关成果发表于《RSC Advances》。研究针对当前MRI技术的临床痛点展开：MRI虽具备无辐射暴露、软组织穿透深、时空分辨率高的优势，但现有临床对比剂仅通过改变靶组织水质子弛豫率提升对比，无法早期检出微小病变（如早期癌症），且无获批的肿瘤特异性对比剂，极大限制了其在精准肿瘤诊断中的应用。为此，研究人员提出将无铜点击化学与代谢糖工程结合的策略，开发可实现肿瘤特异性成像的新型MRI对比剂，旨在突破现有技术局限，为临床肿瘤早期检测提供新工具。

研究采用的关键技术方法包括：无铜点击化学反应体系构建、代谢糖工程介导的细胞表面化学标签标记技术、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）定量金属元素含量、4T1乳腺癌荷瘤裸鼠模型构建、T1加权磁共振成像及纵向弛豫率（r₁）测定技术。

研究结果如下：

对比剂合成与点击反应验证

研究人员首先合成了可参与点击反应的钆(III)-DOTA复合物Gd-DOTA-DBCO，该分子可在无铜条件下与叠氮基团反应。实验证实，Gd-DOTA-DBCO与Ac₄ManNAz在室温下混合1小时即可完成反应，表明生物正交点击化学可实现Gd-DOTA复合物与癌细胞的高效结合。

体外细胞水平Gd富集验证

通过ICP-MS定量分析4T1细胞的Gd含量：经Ac₄ManNAz预处理3天的细胞，与Gd-DOTA-DBCO孵育后，胞内Gd积累量较未处理对照组升高约8倍，证明代谢糖工程成功在细胞膜表面引入可反应糖链，通过点击反应将钆稳定锚定在细胞表面。

体外肿瘤组织成像验证

在4T1荷瘤裸鼠模型中，瘤内注射Ac₄ManNAz连续3天，第4天给予Gd-DOTA-DBCO后进行MRI检测。结果显示，Ac₄ManNAz处理组的肿瘤MR信号增强显著高于PBS对照组；ICP-MS进一步证实，预处理组肿瘤组织Gd积累量较对照组升高约5倍，归因于肿瘤细胞表面Ac₄ManNAz来源的聚糖与Gd复合物发生无铜点击反应，提升了钆的滞留效率。

弛豫性能与活体动态成像

纵向弛豫率测定显示，Gd-DOTA-DBCO的r₁为3.28 mM^-1s^-1，点击反应后形成的复合物r₁为3.72 mM^-1s^-1，二者处于相近水平。活体动态MRI显示，Ac₄ManNAz预处理组的肿瘤组织在给药后至少2小时内持续呈现显著信号增强，24小时仍可检测到对比剂滞留；而对照组信号随时间逐渐衰减，24小时无明显增强，证实代谢糖工程可通过生物正交点击反应实现Gd在肿瘤组织的长效滞留。

体内分布特征

给药24小时后，心、肺、脾中几乎检测不到钆，肝、肾中可见较高积累，肿瘤组织仍保留较高钆水平。肝摄取可能与网状内皮系统及代谢过程相关，肾高积累符合肾小球滤过等排泄通路特征，肿瘤组织滞留则源于代谢糖工程介导的细胞表面锚定作用。

讨论与结论部分总结：本研究首次将代谢糖工程策略应用于MRI对比剂开发，突破了传统对比剂无肿瘤特异性的局限。研究人员合成的Gd-DOTA-DBCO可与叠氮修饰糖衍生物通过无铜点击反应实现高效结合，在体外与体内均表现出优异的肿瘤靶向成像能力。尽管本研究采用瘤内注射作为概念验证以减少全身干扰、明确靶向机制，但该方式临床适用性有限，后续研究将聚焦静脉给药等全身给药模式的优化，推动该技术在临床肿瘤特异性MRI诊断中的转化应用。研究所有动物实验均符合日本宫崎大学动物实验伦理规范，无利益冲突声明，相关数据已作为补充信息公开。