基于磁共振（MRI）的质子共振频率测温技术对磁纳米粒子介导的光热疗法进行近乎实时的监测

《ACS Applied Nano Materials》：Nearly Real-Time Monitoring of Magnetic Nanoparticle-Mediated Photothermal Therapy by MRI-Based Proton Resonance Frequency Thermometry

铁基纳米颗粒（NPs）光热疗法（PTT）的MRI热力学监测研究。采用Mn-Fe?O?纳米颗粒通过PRF方法实现非侵入性温度监测，证实其在外部光热转换效率达0.8 g·L?1·cm?1，温度依赖性NMR光谱显示PRF系数-0.0091 ppm·°C?1。在B16F10黑色素瘤模型中，NP介导的PTT显著提升肿瘤温度分布均匀性，较激光单独治疗提高疗效。病理分析显示NP有效诱导肿瘤细胞凋亡，且未发现系统性毒性。研究揭示了磁纳米颗粒在光热治疗与MRI监测结合中的临床潜力及磁化效应量化方法。

　　磁性纳米颗粒（MNP）在医学领域的应用已经持续了数十年，其在治疗多种疾病中的潜力被广泛认可。特别是在癌症治疗中，MNP可以通过多种方式发挥作用，包括磁热疗（MNH）和光热治疗（NP-PTT）。光热治疗是一种利用纳米材料吸收特定波长的光并将其转化为热能，从而达到破坏肿瘤细胞目的的疗法。然而，如何在治疗过程中实时监测温度变化是该技术面临的一大挑战。尽管已有多种热成像技术，但MRI热成像因其非侵入性和高分辨率，被认为是标准的监测手段。特别是基于质子共振频率位移（PRF）的MRI热成像方法，能够提供准确的温度变化信息，这在临床治疗中具有重要价值。

为了克服传统磁性纳米颗粒在MRI热成像中的局限性，研究者们开始探索使用Mn掺杂的铁氧体纳米颗粒作为新的候选材料。这类纳米颗粒不仅具有良好的磁性，还能够作为MRI对比剂，其在磁性成像和光热治疗中的双重功能使其成为一种极具前景的“诊断-治疗一体化”材料。此外，Mn掺杂铁氧体纳米颗粒在光热治疗中的高效率也得到了实验验证，其在808 nm波长下的光热转换效率达到了0.8 g·L^–1·cm^–1。这表明该类纳米颗粒能够在较低浓度下实现有效的光热效应，从而减少对MRI成像的干扰。

在MRI热成像方面，研究人员通过测量肿瘤组织的温度依赖性NMR谱，确定了PRF系数为?0.0091 ppm·°C^–1。这一结果表明，MRI-PRF热成像方法可以用于监测光热治疗过程中的温度变化。然而，由于磁性纳米颗粒引起的磁化效应，可能会导致MRI图像出现失真，例如在图像中显示出比实际更大的边界区域。通过实验，研究人员发现，在1 mg·mL^–1浓度下，纳米颗粒导致的图像失真约为0.75 mm，这表明在设计和使用磁性纳米颗粒进行光热治疗时，需要特别关注其对MRI图像的影响。

为了进一步验证MRI-PRF热成像在光热治疗中的可行性，研究者们在体外和体内分别进行了实验。体外实验中，使用了猪肉作为模型组织，并通过插入玻璃毛细管来模拟纳米颗粒的分布。MRI图像显示，纳米颗粒显著增强了组织内的热分布，特别是在较低功率密度下，这种增强效果更加明显。体内实验则采用B16F10小鼠黑色素瘤模型，通过注射纳米颗粒并使用MRI热成像技术监测治疗过程。结果显示，NP-PTT组的温度变化幅度明显高于对照组，表明纳米颗粒能够有效引导热能的局部释放，从而提高治疗效果。

除了温度监测外，纳米颗粒在光热治疗中的其他作用也不容忽视。研究表明，Mn掺杂铁氧体纳米颗粒能够诱导免疫细胞的激活，例如促进巨噬细胞向M1型极化，从而增强抗肿瘤免疫反应。这种效应不仅有助于直接杀死肿瘤细胞，还可能通过激活免疫系统，产生更广泛的抗肿瘤效果。此外，纳米颗粒的生物降解特性使其在体内能够释放金属离子，这些离子可能通过Fenton反应诱导铁死亡（ferroptosis），进一步增强治疗效果。

在安全性方面，研究者们对纳米颗粒的分布和可能的副作用进行了评估。通过组织病理学分析，研究人员发现，NP-PTT组的肿瘤组织表现出更严重的细胞凋亡和坏死，而对照组的肿瘤组织则保持较好的组织结构和细胞完整性。值得注意的是，纳米颗粒在治疗后主要局限于肿瘤部位，未在其他器官中发现明显的积累，这表明其在体内的分布具有高度的选择性。此外，研究还发现，纳米颗粒释放的Mn离子浓度远低于可能引发神经毒性的阈值，因此在治疗过程中对健康组织的影响较小。

尽管Mn掺杂铁氧体纳米颗粒在光热治疗中表现出良好的性能，但其在MRI热成像中的图像失真仍然是一个需要解决的问题。研究表明，纳米颗粒的高浓度会导致磁化效应增强，从而影响图像的准确性。因此，研究者们提出了一些可能的改进策略，例如优化纳米颗粒的大小和表面修饰，以减少磁化效应带来的图像失真。此外，使用核心-壳结构的纳米颗粒也可能有助于降低磁化效应，同时增强其光热性能。

总体而言，Mn掺杂铁氧体纳米颗粒在光热治疗和MRI热成像中展现出巨大的潜力。其不仅能够有效诱导局部温度升高，还能作为MRI对比剂提供清晰的成像信息，从而帮助医生精确规划和控制治疗过程。同时，纳米颗粒的生物相容性和安全性也得到了验证，表明其在临床应用中具有可行性。未来的研究可以进一步探索如何优化纳米颗粒的设计，以减少其对MRI图像的影响，并提高光热治疗的效率和安全性。这些进展为磁性纳米颗粒在光热治疗中的临床转化提供了重要的理论基础和技术支持。