腦膠質(zhì)瘤超極化13C-MRI 研究進(jìn)展

譙金果 吳昊 張偉國*

超極化13C-MRI 是一種通過注射13C 標(biāo)記的外源性生物探針，在分子層面無創(chuàng)性地探測正常組織和腫瘤組織中13C 的代謝途徑的方法，有別于1HMRS 和FDG-PET 等代謝成像。超極化13C-MRI 能夠?qū)σ酝鶡o法顯示的代謝途徑和生理過程進(jìn)行快速、非電離、實(shí)時(shí)分析。近年對超極化13C-MRI 在膠質(zhì)瘤代謝成像方面的應(yīng)用，包括WHO Ⅳ級腫瘤(膠質(zhì)母細(xì)胞瘤及其變體)和Ⅲ級腫瘤(星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤和少突星形細(xì)胞瘤的間變性變體)的研究日益增多。目前，超極化13C-MRI 在膠質(zhì)瘤細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)、藥物效力、支鏈氨基酸代謝、氧化還原水平等方面的實(shí)驗(yàn)研究取得了進(jìn)展，部分常用探針（如[1-13C]-丙酮酸）的超極化13C 成像也進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段。本文將以膠質(zhì)瘤代謝成像為重點(diǎn)，介紹超極化13C-MRI 最新的實(shí)驗(yàn)和臨床研究進(jìn)展。

1 超極化13C-MRI 的成像原理

在室溫和臨床MRI 磁場下，體內(nèi)的13C 原子核由于受天然豐度（1.15%）和旋磁比（1H 的1/4）的限制，其MRI 信號強(qiáng)度僅為1H 信號強(qiáng)度的1.6%。欲解決13C 原子信號弱的問題，則需提高原子的豐度和自旋極化能級。Overhauser[1]在1953 年首次提出動(dòng)態(tài)核極化（dynamic nuclear polarization，DNP）的概念，即在低溫（1~2 K）和中等強(qiáng)度磁場（3.35～6.7 T）環(huán)境下，將高度極化的自由電子自旋轉(zhuǎn)移到原子核自旋，從而短暫提高室溫下原子核的信號強(qiáng)度；2003 年Ardenkjaer-Larsen 等[2]發(fā)明了溶解性動(dòng)態(tài)核極化（dissolution-DNP，d-DNP），令富集后的固態(tài)超極化13C 探針（13C 豐度＞95%）溶解并轉(zhuǎn)移至生物體內(nèi)，使得MRI 信號增強(qiáng)10 000~100 000 倍，進(jìn)而獲取探針相關(guān)的代謝反應(yīng)、代謝產(chǎn)物運(yùn)輸、生物灌注等信息。這種成像方法被稱作超極化13C-MRI。

超極化13C 成像的優(yōu)勢在于其探針的多樣性。……