DNA标记超顺磁性氧化铁粒子的磁共振增强试验
作者：许乙凯 刘杏元 张嘉宁
单位：许乙凯 刘杏元 广州第一军医大学南方医院影像中心(510515) ;张嘉宁 广州第一军医大学实验动物中心(510515)
关键词：脱氧核糖核酸；造影剂；铁；磁共振成像
放射学实践990105 【摘要】 目的：评价DNA标记超顺磁氧化铁粒子(DNA-SPIO)对大鼠肝炎性假瘤的强化作用。方法：从猪脾中提取DNA。在合适PH下与SPIO结合，制备出DNA-SPIO；用弗氏完全佐剂建立大鼠肝炎假瘤模型(n=8)；观察DNA-SPIO对肝炎性假瘤的增强作用。结果：注射DNA-SPIO(2mgFe/只)，正常肝组织MR信号明显下降，与瘤灶的较高信号对比更加清晰。结论：DNA-SPIO对提高肝脏瘤灶的早期检出水平有重要价值。
DNA Coated Superparamagnetic Iron Oxide Particles as Contrast Agent in Magentic Resonance Imaging of Liver Tumors
, 百拇医药
Xu Yikai,Liu Xingyuan,Zhang Jianing.Medical Imaging Center,Nan Fang Hospital,The First Military Medical University,Guang Zhou,510515.
【Abstract】 Purpose:To evaluate the efficacy of a new developed MR Contrast agent, DNA coated superparamagnetic iron oxide partical (DNA-SPIO),for improving detection of liver inflammatory pseudotumors.Methods:SPIO was precipatated from an aqueous solution of Fe3+and Fe2+in an alkaline condition.DNA was extracted from spleen tissue of pig. Then,DNA was coupled to SPIO through PH adjustment.The DNA-SPIO was administered intravenously at a dose of 2mg Fe/rat into the rat model with liver pseudotumor induced by Freund complete adjuvant.The enhancement effects were observed with MR scans.Results:After injection of DNA-SPIO, the liver tissue showed profoundly signal loss.In contrast,pseudotumor remained relatively hyper-intense,on both proton density weighted and T2 weighted images.Therefore,the contrast between the nodule and surrounding liver tissue is markedly enhanced.Conclusion:DNA-SPIO is of high value in early detection of tumorous foci in liver.
, 百拇医药
【Key words】 DNA Contrast Agent Iron Magnetic Resonance Imaging
超顺磁性氧化铁粒子(SPIO)的核心成分是纳米级Fe3O4，能有效地缩短肝脾的T2弛豫时间，对提高肝癌诊断水平颇有帮助[1，2]。一般SPIO均选用右旋糖酐、白蛋白、淀粉等作为标记物，从而提高SPIO的水溶性[3]。采用生物大分子DNA作为包被物尚未见正式报道。本文作者尝试制备出DNA标记的SPIO，并观察其强化作用。
DNA-SPIO的制备
DNA提取参见文献[4]。基本过程如下：40g新鲜猪脾脏，反复捣碎后，离心收集沉淀(细胞核)，加入1.71mol/L Nacl4℃过夜溶出脱氧核糖核蛋白；重复4次氯仿-异戊醇除去蛋白，离心后收取上层液，乙醇沉淀出DNA。
, 百拇医药
DNA-SPIO制备 将适量FeCL3和FeCL2混合，滴加NaOH液后，即生成的SPIO(呈黑棕色沉淀)。用0.01M/L HCI洗2次后，移入含10mMol/L 的 HEPES缓冲液(PH7.4)。用经典的邻二氮菲分光光度计法测量铁量[5]。取4mlSPIO液(含铁量13mg)，与0.6mgDNA混合，调PH至8.0左右，超声波声振3次(每次30s，输出功率60w)。加入20mg/ml BSA0.5ml，封闭SPIO粒子表面残留未结合位点，移入0.01Mol/L的HEPES液透析。用PEG6000浓缩至含铁量为2mgFe/ml,4℃保存备用。DNA-SPIO透视电镜形态见图1。
图1 电镜下放大3万倍DNA-SPIO粒子形态。
大鼠肝炎性假瘤的建立及DNA-SPIO增强试验
, 百拇医药
雄性SD纯系大鼠8只，体重250～300g，由第一军医大学试验动物中心提供。腹腔内注射40mg/kg苯巴比妥麻醉，上腹正中切开进腹，用弗氏完全佐剂(由石蜡油4.5ml,羊毛脂3.0ml和卡介苗90mg充分乳化而成)0.3ml/只注入大鼠肝脏深部，10天后形成肝炎性假瘤模型。
用我院全身MR仪(德国西门子公司Vision plus，1.5Tesla成像系统)进行Turbo-SE扫描，TR/TE分别为2000ms/20ms和2000ms/80ms，层厚5mm，采集矩阵为256×256，在获平扫像后，从大鼠舌下静脉注入含铁量为2mgFe/只的DNA-SPIO，30分钟后按上述参数重新扫描，获增强像。
结 果
平扫质子加权像(TR/TE 为 2000ms/20ms)显示全部瘤灶呈中等或略高信号，T2加权像(TR/TE 为 2000ms/80ms)上则均呈略高信号。注射DNA-SPIO后，质子加权像上和T2加权像上正常肝实质分别由平扫的中等信号显著下降为低信号。而瘤灶仍呈较高信号，与正常肝背景的信号差别加大，瘤灶显示更加清晰(图2～6)。
, 百拇医药
图2 大鼠肝炎性假瘤模型的质子加权像，位于肝正中深部及左右叶包膜下分别有3个隐约可见的瘤灶，呈略高信号。
图3 同一层面T2加权像，3个病灶显示比较清楚。
图4 DNA-SPIO增强质子加权像，正常肝实质MR信号显著降低，与瘤灶较高信号形成对比。
图5 DNA-SPIO增强T2加权像，正常肝实质MR信号显著降低，3个病灶十分清晰。
图6 DNA-SPIO增强T2加权冠状切面像，肝实质(liver) MR 信号降至本底水平，肝内有3个瘤灶(箭头)。
, 百拇医药
讨 论
超顺磁性氧化铁粒子(SPIO)具有下列重要特性：1.主要成分为纳米级Fe304，属强的铁磁质，进入体内后主要由网状内皮系统吞噬，相对集中地分布于肝脾等富含网状内皮系统器官，通过磁化率效应导致组织T2弛豫加快，而对T1弛豫影响较小。2.具有超顺磁性：即在外加磁场的作用，借助SPIO粒子的热运动而重新杂乱排列，综合磁矩恢复为零(即没有剩余磁矩)。这一重要特性，是SPIO能在高磁场条件下(MR仪中)静脉注射给药的基础。由于SPIO使正常肝组织(有Kupffer细胞，吞噬大量SPIO粒子)MR信号明显下降，而肝内占位病灶(缺乏Kupffer细胞，SPIO分布少或缺乏)的信号强度相对不变，因此SPIO能突出了瘤灶与正常肝脏的信号对比，对提高肝脏占位病灶的显示能力将发挥积极作用。有关这类造影剂的研制正日益受到影像工作者的关注和重视。
本文提出了DNA标记SPIO是一种新的尝试。通过增强试验，证实了DNA-SPIO能有效地提高瘤灶与肝组织信号对比度，因而也是一种潜在的肝网状内皮系统造影剂。采用生物大分子DNA作为包被衣的优点有：1.DNA的基本成分是戊糖、磷酸和携带遗传信息的嘌呤与嘧啶所组成，分子内富含多种基团(如糖基、碱基和磷酸基)，能提高SPIO(Fe3O4晶体，不溶于水)的水溶性；2.由于DNA分子中的戊糖羟基、磷酸根及碱基(包含氨基氮、吡啶氮和羟基氧)均具有一定的络合能力，因而能够与Fe3O4胶体表面的Fe3+、 FeO+等牢固结合；3.由于DNA广泛存在于生物体内，因而DNA标记的SPIO有可能具有更好的生物相溶性。
, 百拇医药
参考文献
1 Runge VM,Pels Rijken TH,Davidoff A,et al.Contrast enhanced MR imaging of the liver.JMRI,1994,4∶281.
2 Saini S,Stark DD,Hahn PF,et al.Ferrite particles:A superparamagnetic MR contrast agent for enhanced detection of liver carcinoma.Radiology,1987,162∶217.
3 Ferrucci JT,Stark DD.iron oxide enhanced MR imaging of the liver and spleen:review of the first 5 year,AJR,1990,155∶943.
4 王重庆，李云兰，李德昌等主编.高级生物学实验教程.北京：北京大学出版社，1994，64.
5 谢国梅，周小红，班景照等主编.分析化学实验.杭州：浙江大学出版社，1988，88.
(1998-10-19 收稿), 百拇医药
单位：许乙凯 刘杏元 广州第一军医大学南方医院影像中心(510515) ;张嘉宁 广州第一军医大学实验动物中心(510515)
关键词：脱氧核糖核酸；造影剂；铁；磁共振成像
放射学实践990105 【摘要】 目的：评价DNA标记超顺磁氧化铁粒子(DNA-SPIO)对大鼠肝炎性假瘤的强化作用。方法：从猪脾中提取DNA。在合适PH下与SPIO结合，制备出DNA-SPIO；用弗氏完全佐剂建立大鼠肝炎假瘤模型(n=8)；观察DNA-SPIO对肝炎性假瘤的增强作用。结果：注射DNA-SPIO(2mgFe/只)，正常肝组织MR信号明显下降，与瘤灶的较高信号对比更加清晰。结论：DNA-SPIO对提高肝脏瘤灶的早期检出水平有重要价值。
DNA Coated Superparamagnetic Iron Oxide Particles as Contrast Agent in Magentic Resonance Imaging of Liver Tumors
, 百拇医药
Xu Yikai,Liu Xingyuan,Zhang Jianing.Medical Imaging Center,Nan Fang Hospital,The First Military Medical University,Guang Zhou,510515.
【Abstract】 Purpose:To evaluate the efficacy of a new developed MR Contrast agent, DNA coated superparamagnetic iron oxide partical (DNA-SPIO),for improving detection of liver inflammatory pseudotumors.Methods:SPIO was precipatated from an aqueous solution of Fe3+and Fe2+in an alkaline condition.DNA was extracted from spleen tissue of pig. Then,DNA was coupled to SPIO through PH adjustment.The DNA-SPIO was administered intravenously at a dose of 2mg Fe/rat into the rat model with liver pseudotumor induced by Freund complete adjuvant.The enhancement effects were observed with MR scans.Results:After injection of DNA-SPIO, the liver tissue showed profoundly signal loss.In contrast,pseudotumor remained relatively hyper-intense,on both proton density weighted and T2 weighted images.Therefore,the contrast between the nodule and surrounding liver tissue is markedly enhanced.Conclusion:DNA-SPIO is of high value in early detection of tumorous foci in liver.
, 百拇医药
【Key words】 DNA Contrast Agent Iron Magnetic Resonance Imaging
超顺磁性氧化铁粒子(SPIO)的核心成分是纳米级Fe3O4，能有效地缩短肝脾的T2弛豫时间，对提高肝癌诊断水平颇有帮助[1，2]。一般SPIO均选用右旋糖酐、白蛋白、淀粉等作为标记物，从而提高SPIO的水溶性[3]。采用生物大分子DNA作为包被物尚未见正式报道。本文作者尝试制备出DNA标记的SPIO，并观察其强化作用。
DNA-SPIO的制备
DNA提取参见文献[4]。基本过程如下：40g新鲜猪脾脏，反复捣碎后，离心收集沉淀(细胞核)，加入1.71mol/L Nacl4℃过夜溶出脱氧核糖核蛋白；重复4次氯仿-异戊醇除去蛋白，离心后收取上层液，乙醇沉淀出DNA。
, 百拇医药
DNA-SPIO制备 将适量FeCL3和FeCL2混合，滴加NaOH液后，即生成的SPIO(呈黑棕色沉淀)。用0.01M/L HCI洗2次后，移入含10mMol/L 的 HEPES缓冲液(PH7.4)。用经典的邻二氮菲分光光度计法测量铁量[5]。取4mlSPIO液(含铁量13mg)，与0.6mgDNA混合，调PH至8.0左右，超声波声振3次(每次30s，输出功率60w)。加入20mg/ml BSA0.5ml，封闭SPIO粒子表面残留未结合位点，移入0.01Mol/L的HEPES液透析。用PEG6000浓缩至含铁量为2mgFe/ml,4℃保存备用。DNA-SPIO透视电镜形态见图1。
图1 电镜下放大3万倍DNA-SPIO粒子形态。
大鼠肝炎性假瘤的建立及DNA-SPIO增强试验
, 百拇医药
雄性SD纯系大鼠8只，体重250～300g，由第一军医大学试验动物中心提供。腹腔内注射40mg/kg苯巴比妥麻醉，上腹正中切开进腹，用弗氏完全佐剂(由石蜡油4.5ml,羊毛脂3.0ml和卡介苗90mg充分乳化而成)0.3ml/只注入大鼠肝脏深部，10天后形成肝炎性假瘤模型。
用我院全身MR仪(德国西门子公司Vision plus，1.5Tesla成像系统)进行Turbo-SE扫描，TR/TE分别为2000ms/20ms和2000ms/80ms，层厚5mm，采集矩阵为256×256，在获平扫像后，从大鼠舌下静脉注入含铁量为2mgFe/只的DNA-SPIO，30分钟后按上述参数重新扫描，获增强像。
结 果
平扫质子加权像(TR/TE 为 2000ms/20ms)显示全部瘤灶呈中等或略高信号，T2加权像(TR/TE 为 2000ms/80ms)上则均呈略高信号。注射DNA-SPIO后，质子加权像上和T2加权像上正常肝实质分别由平扫的中等信号显著下降为低信号。而瘤灶仍呈较高信号，与正常肝背景的信号差别加大，瘤灶显示更加清晰(图2～6)。
, 百拇医药
图2 大鼠肝炎性假瘤模型的质子加权像，位于肝正中深部及左右叶包膜下分别有3个隐约可见的瘤灶，呈略高信号。
图3 同一层面T2加权像，3个病灶显示比较清楚。
图4 DNA-SPIO增强质子加权像，正常肝实质MR信号显著降低，与瘤灶较高信号形成对比。
图5 DNA-SPIO增强T2加权像，正常肝实质MR信号显著降低，3个病灶十分清晰。
图6 DNA-SPIO增强T2加权冠状切面像，肝实质(liver) MR 信号降至本底水平，肝内有3个瘤灶(箭头)。
, 百拇医药
讨 论
超顺磁性氧化铁粒子(SPIO)具有下列重要特性：1.主要成分为纳米级Fe304，属强的铁磁质，进入体内后主要由网状内皮系统吞噬，相对集中地分布于肝脾等富含网状内皮系统器官，通过磁化率效应导致组织T2弛豫加快，而对T1弛豫影响较小。2.具有超顺磁性：即在外加磁场的作用，借助SPIO粒子的热运动而重新杂乱排列，综合磁矩恢复为零(即没有剩余磁矩)。这一重要特性，是SPIO能在高磁场条件下(MR仪中)静脉注射给药的基础。由于SPIO使正常肝组织(有Kupffer细胞，吞噬大量SPIO粒子)MR信号明显下降，而肝内占位病灶(缺乏Kupffer细胞，SPIO分布少或缺乏)的信号强度相对不变，因此SPIO能突出了瘤灶与正常肝脏的信号对比，对提高肝脏占位病灶的显示能力将发挥积极作用。有关这类造影剂的研制正日益受到影像工作者的关注和重视。
本文提出了DNA标记SPIO是一种新的尝试。通过增强试验，证实了DNA-SPIO能有效地提高瘤灶与肝组织信号对比度，因而也是一种潜在的肝网状内皮系统造影剂。采用生物大分子DNA作为包被衣的优点有：1.DNA的基本成分是戊糖、磷酸和携带遗传信息的嘌呤与嘧啶所组成，分子内富含多种基团(如糖基、碱基和磷酸基)，能提高SPIO(Fe3O4晶体，不溶于水)的水溶性；2.由于DNA分子中的戊糖羟基、磷酸根及碱基(包含氨基氮、吡啶氮和羟基氧)均具有一定的络合能力，因而能够与Fe3O4胶体表面的Fe3+、 FeO+等牢固结合；3.由于DNA广泛存在于生物体内，因而DNA标记的SPIO有可能具有更好的生物相溶性。
, 百拇医药
参考文献
1 Runge VM,Pels Rijken TH,Davidoff A,et al.Contrast enhanced MR imaging of the liver.JMRI,1994,4∶281.
2 Saini S,Stark DD,Hahn PF,et al.Ferrite particles:A superparamagnetic MR contrast agent for enhanced detection of liver carcinoma.Radiology,1987,162∶217.
3 Ferrucci JT,Stark DD.iron oxide enhanced MR imaging of the liver and spleen:review of the first 5 year,AJR,1990,155∶943.
4 王重庆，李云兰，李德昌等主编.高级生物学实验教程.北京：北京大学出版社，1994，64.
5 谢国梅，周小红，班景照等主编.分析化学实验.杭州：浙江大学出版社，1988，88.
(1998-10-19 收稿), 百拇医药