综述：超越钆：锰纳米系统在MRI和多模态成像剂中的潜力

这篇综述系统探讨了锰基纳米颗粒（Mn-NPs）作为MRI对比剂（CA）和诊疗一体化纳米平台的潜力，重点分析了Mn(II)/Mn(III)氧化态的理化特性与弛豫效率（relaxivity，r1/r2）的关系，提出其可替代传统钆（Gd(III)）基系统的优势，包括更优的生物安全性及多模态成像（如MRI/OI/CT）功能化潜力。

　　

Basic principles of paramagnetic relaxation

弛豫效率（r_i）是评估MRI探针性能的核心指标，其数值与顺磁性中心（如Mn(II)的S=5/2高自旋态）的电子弛豫时间、配位水交换速率及分子旋转相关时间（τ_R）密切相关。相较于小分子Gd(III)复合物，锰纳米系统通过减缓τ_R显著提升弛豫效能，例如Mn(II)-螯合物锚定于纳米颗粒表面时，τ_R可延长至纳秒级。

Mn(II) systems

Mn(II)纳米系统主要分为两类：无机纳米颗粒（如硅酸盐、磷酸盐）和有机纳米载体负载的Mn(II)-螯合物。后者通过脂质体（liposomes）、树状大分子（dendrimers）等软材料实现高效递送，其弛豫效能可达临床Gd试剂的3-5倍。值得注意的是，Mn(II)的μ_eff=5.9 μ_B/atom及快速水交换动力学使其成为理想的T₁加权成像探针。

Mn(III) systems

Mn(III)-卟啉（porphyrin）和酞菁（phthalocyanine）纳米系统虽因较短电子弛豫时间（~10 ps）导致弛豫效率较低，但其刚性结构适合构建靶向探针。例如Mn(III)-卟啉修饰的二氧化硅纳米颗粒可通过EPR效应（enhanced permeability and retention）富集于肿瘤组织。

创新设计与毒性挑战

表面功能化策略（如PEG修饰）可优化纳米颗粒的分散性和靶向性，但Mn(IV)氧化物在体内溶解释放的Mn²⁺可能引发神经毒性（如帕金森样症状）。最新研究通过螯合稳定化（如EDTA衍生物）将脑部锰积累控制在0.3-2.9 μg/g湿组织安全范围内。

Conclusions

锰纳米系统在癌症诊疗一体化（theranostics）中展现出独特优势，但临床转化仍需解决靶向精度、代谢动力学等关键问题。未来发展方向包括开发响应性释放Mn²⁺的智能纳米平台，以及整合PET/MRI多模态成像功能。

CRediT authorship contribution statement

三位作者均来自欧洲研究机构（意大利、葡萄牙），研究受欧盟PRIN项目及葡萄牙科技基金会（FCT）资助，声明无利益冲突。

Funding

研究经费来源于MUR-M4C2 1.5 PNRR计划（编号ECS00000036）及FCT对科英布拉化学中心的支持（UID/QUI/00313/2020）。