磁诱导磁小体链（MAGiC）：一种具有高分辨率和导航能力的生物源性磁性粒子成像示踪剂

研究人员针对磁粒子成像（MPI）技术分辨率受限的瓶颈问题，开发出新型生物源性超铁磁性示踪剂MAGiC。通过磁诱导磁小体自组装形成链状结构，实现了80微米级超高分辨率（较商用示踪剂提升25倍）和信号强度量级提升，同时兼具磁导航功能。该研究为细胞追踪、影像引导药物递送等应用提供了多功能纳米平台，发表于《Science Advances》。

　　

在生物医学成像领域，磁粒子成像（MPI）因其无辐射、高灵敏度和无限组织穿透深度等优势备受关注。然而，传统超顺磁性纳米颗粒（MNPs）的S型磁化曲线严重制约了空间分辨率，现有示踪剂在生理环境中的性能表现也远未达到理论极限。更棘手的是，兼具高分辨率成像与精准导航能力的多功能示踪剂仍是空白。这些瓶颈问题严重阻碍了MPI在肿瘤精准诊疗、细胞动态追踪等场景的临床应用。

中国科学院自动化研究所的研究团队另辟蹊径，从自然界中能合成磁性纳米晶体的趋磁细菌获得灵感，开发出革命性的"磁诱导磁小体链"（Magnetically induced magnetosome chain, MAGiC）。这种生物合成的超铁磁性示踪剂在4 T/m梯度场下实现80微米分辨率，信号强度提升一个数量级，同时可被磁场精准操控，相关成果发表在《Science Advances》上。

研究团队运用磁粒子光谱（MPS）表征动态磁响应特性，开发专用低频高幅（LFHA）MPI扫描仪，结合计算机模拟阐明磁小体链形成机制。通过体外仿体实验、大鼠胃肠道示踪和腹腔导航实验验证性能，并系统评估生物相容性。

合成与表征MAGiC
从趋磁细菌Magnetospirillum gryphiswaldense ZC3M25中提取直径27纳米的磁小体，经80 mT磁场诱导自组装成链状结构。动态磁化曲线显示其具有典型的超铁磁性"矩形"响应，点扩散函数（PSF）半高宽（FWHM）仅0.6 mT，较分散磁小体提升22.5倍。

超铁磁响应物理模型
提出"集体布朗弛豫"机制：磁小体在交变磁场中协同翻转，形成陡峭的磁化跃迁。模拟显示27纳米磁小体在30纳米间距时性能最优，与实验测量的27纳米磁小体性能优于34纳米的结果一致。

性能影响因素
溶剂离子强度通过调控粒子间距影响性能，磷酸盐缓冲液（PBS）中性能优于去离子水。粘度升高会阻碍链形成和磁响应，最佳激发参数为1 kHz/40 mT。

仿体成像验证
在1.25 T/m梯度场下分辨0.3毫米间距点源，较商用synomag-D（5.7 T/m梯度场）分辨率提升15倍。专用4 T/m梯度的一维成像系统实现80微米分辨率，创MPI领域新纪录。

活体应用展示
大鼠口服肠溶胶囊包裹的MAGiC后，MPI可连续追踪24小时内的胃肠道分布动态。腹腔注射后，通过外部磁场引导76%的MAGiC在80分钟内富集至靶位，并实现二次导航定位。

生物相容性
血液生化与组织学分析显示，MAGiC在7天内未引起肝肾功能异常或器官损伤。CCK8实验证实其细胞毒性低于商用VivoTrax+。

这项研究开创性地将生物合成与物理调控相结合，解决了超铁磁性材料在生理环境中稳定性差的世界性难题。MAGiC兼具"超高分辨率成像剂"和"磁控微机器人"双重功能，为肿瘤精准治疗、血管介入等场景提供了全新解决方案。其生物合成工艺更突破了化学合成纳米颗粒的批间差异问题，展现出显著的临床转化潜力。未来通过表面功能化修饰，这类"多合一"纳米平台有望实现诊疗一体化应用。