（通讯员 李蕾）近日，hjc356黄金城官网在磁粒子成像领域取得突破性进展，围绕一种全新的生物源性高性能磁粒子成像（MPI）示踪剂，开展了成像模型、成像系统以及重建算法的研究，显著提升了 MPI 的空间分辨率和灵敏度。相关研究以 “Magnetically induced magnetosome chain (MAGiC): A biogenic magnetic-particle-imaging tracer with high performance and navigability” 为题，发表于国际综合性期刊Sciences子刊Science Advances。hjc356黄金城官网田捷教授、中国科学院分子影像重点实验室冯欣副研究员、中国农业大学田杰生副教授以及中国科学院微生物研究所刘庆副研究员为论文通讯作者，西电hjc356黄金城官网博士生李蕾、中国农业大学博士生赵婵以及国科温州研究院副研究员赵志远为并列第一作者，西安电子科技大学为论文第一单位。

MPI 是一种高灵敏、无辐射、无组织背景干扰、无穿透深度限制，且能够实时定量的医学成像模态，在细胞示踪、肿瘤检测、血管成像和神经成像等方面展示了重要价值。现有MPI示踪剂研究主要集中于超顺磁性纳米材料，但超顺磁性材料S形的动态磁化曲线是限制其MPI性能进一步提升的瓶颈。

在这项工作中，团队围绕磁螺菌生物合成的单畴磁颗粒——磁小体开展研究，基于超铁磁性磁化响应机理，通过粒径优化及磁场调控，构建了磁诱导磁小体链（Magnetically induced magnetosome chain, MAGiC）用于MPI成像（图1）。为了解析MAGiC的高性能MPI成像原理及机制，团队提出了强互作粒子的雪崩式布朗弛豫动态磁化响应模型（图2），并在此模型基础上开展了理论仿真和测试验证，明确了适用于MAGiC的磁场激励参数，研制了MAGiC专用的高幅值低频激励（LFHA）MPI成像系统及专用的图像重建算法（图3）。实验结果显示，与商用示踪剂 VivoTrax+™相比，MAGiC展现出独特的超铁磁性和优异的MPI成像性能，将分辨率和灵敏度同时提升了25倍和91倍。

图2 雪崩式布朗弛豫动态磁化响应模型

图3 用于MAGiC成像的LFHA MPI设备及参数

在上述研究基础上，使用开发的MAGiC专用MPI硬件设备及重建算法，进一步开展了仿体和活体动物水平的成像性能验证（图4）。结果显示，专用系统中MAGiC的空间分辨率在4 T/m梯度场下可达到80 μm，是迄今为止MPI领域报道的最高空间分辨率。在体实验结果显示，MAGiC具有良好的生物相容性，能够在肠道和腹腔等复杂环境下实现高性能MPI成像及磁控驱动。

图4 MAGiC（第二行）与商用粒子的成像结果对比（第三行）

本研究通过对MAGiC这一全新的生物源性MPI示踪剂进行研究，揭示了高性能MPI成像的底层机理，在使用针对其开发的专用成像设备和算法时，成像分辨率打破了现有MPI的空间分辨率瓶颈，为后续MPI的性能提升提供了全新的思路。同时，研究还表明了MAGiC兼具MPI成像和磁驱动性能，在细胞追踪、影像引导下的磁控药物递送和治疗干预方面具有巨大的应用潜力。

原文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adv2485