富马酸代谢物可以揭示细胞损伤:磁共振成像生成富马酸的新方法

一个跨学科研究团队发表的一个有前途的新概念美国国家科学院学报为磁共振成像(MRI)领域的重大进展铺平了道路。他们的新技术可以显著简化超极化磁共振成像(hyperpolarization MRI)。超极化磁共振成像是20年前开发出来用于观察体内代谢过程的。该方案涉及利用对氢对代谢产物富马酸的超极化和后续代谢产物的纯化。

该项目的负责人、美因茨约翰内斯古滕贝格大学和美因茨亥姆霍尔兹研究所的德米特里·巴德克教授的研究小组成员詹姆斯·埃尔斯博士说:“这项技术不仅更加简单，而且比之前的手术成本要低得多。”参与该项目的还有来自达姆施塔特工业大学、凯泽斯劳滕工业大学、美国加州大学伯克利分校、意大利都灵大学和英国南安普顿大学的化学、生物技术和物理领域的科学家。

富马酸盐是超极化成像的关键生物传感器

MRI的低灵敏度阻碍了其潜在的应用，其技术本质上仅限于观察体内的水分子。因此，研究人员一直在研究改善MRI的不同方法。大约20年前，超极化磁共振成像的首次开发取得了重大突破:由于超极化分子发出明显更强的MRI信号，在体内仅以低浓度存在的物质也可以被可视化。通过对生物分子进行超极化并将其引入患者体内，可以实时跟踪新陈代谢，从而为医生提供更多的信息。

超极化富马酸盐是一种很有前途的代谢过程成像生物传感器。富马酸是柠檬酸循环的代谢物，在生物能量生产中起着重要作用。为了成像目的，富马酸盐被标记为碳-13，因为这种同位素的原子核可以被超极化。动态核极化是目前最先进的富马酸超极化方法，但这种方法昂贵且相对缓慢。所需的设备成本为100万至200万欧元。“由于相关的高成本和技术复杂性，动态核极化在日常临床实践中很难使用。利用对氢，我们能够以一种经济有效且方便的方式使这个重要的生物分子超极化。”

一种用于生物传感器的富马酸盐超极化和纯化的新方法

由James Eills博士领导的研究小组已经研究这个概念有一段时间了。“我们取得了重大突破，因为我们的方法不仅便宜，而且快速和容易处理，”Eills强调。然而，对氢诱导极化(简称PHIP)也有其缺点。在这种基于化学的技术中，低水平的极化和大量不必要的伴随物质是特别成问题的。除其他因素外，将对氢极化转化为富马酸盐需要催化剂，而催化剂就像其他反应副产品一样留在反应液中。“必须将化学污染物从溶液中去除，这样溶液才具有生物相容性，才能注入生物体内。如果我们考虑这种超极化生物传感器的未来临床转化，这是至关重要的，”来自都灵分子生物技术和健康科学系的物理学家Eleonora Cavallari博士说。

解决这一问题的方法是通过沉淀纯化超极化富马酸盐。然后，富马酸盐以纯化固体的形式出现，之后可以在所需的浓度下重新溶解。詹姆斯·厄尔斯博士补充说:“这意味着我们的产品中所有的有毒物质都被清除了，因此我们可以随时使用它。”此外，与先前的PHIP实验相比，极化率显著提高了30% ~ 45%。临床前研究已经表明，超极化富马酸成像是监测肿瘤对治疗的反应以及成像急性肾损伤或心肌梗死的影响的一种合适的方法。这种生产超极化富马酸盐的新方法将大大加快临床前研究，并将这项技术引入更多的实验室。

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