精密测量院在利用超灵敏¹²⁹Xe MRI技术评估肺癌疗效方面取得重要进展

近日，精密测量院研究团队在利用超灵敏¹²⁹Xe MRI技术评估肺癌疗效方面取得重要进展。团队利用自主研发的“多核（¹H/¹⁹F/¹²⁹Xe）磁共振活体分析系统”，结合团队构建的一种新型Fe₃O₄基纳米造影剂，成功实现了肺转移癌免疫疗效的¹²⁹Xe MRI实时精准评估，为肺癌疗效评估提供了新的视角和解决方案。相关研究成果近期发表在国际知名期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。

肺癌是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，其五年生存率低于20%。由于早期症状不明显，多数患者就诊时已经处于中晚期，导致治疗难度大幅增大。因此，肺癌的实时精准评估技术对于患者的及时发现和治疗至关重要。目前常规的肺癌检查技术中，CT检查存在电离辐射风险，不适合短期内多次评估，难以实现肺结构病变到肺功能损伤的影像评估。组织活检虽然准确度高，但是存在创伤性。相比之下，研究团队自主研发的超灵敏¹²⁹Xe MRI技术突破了传统CT和组织活检技术的限制，具有非电离辐射、超灵敏和无创伤检测的优势，能够实现肺部气血交换功能和微结构的精准定量可视化检测。

在肺癌临床治疗中，相比其它治疗手段（化疗、放疗等），基于免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）策略的免疫疗法在根除肺癌方面具有巨大潜力。然而，基于ICB策略的免疫治疗需要依赖健康的免疫系统，肺癌组织的免疫抑制微环境严重降低ICB药物的药效。临床数据显示，仅有15-20%的肺癌患者对PD-1/PD-L1免疫检查点阻断剂敏感。为了提高ICB策略的免疫治疗效果，研究团队构建了一种活性氧响应型Fe₃O₄基纳米造影剂，能够在肿瘤区域过表达的H₂O₂环境下瓦解，促进肺癌细胞充分利用铁源，增强肺癌细胞的铁死亡效果，并可逆转肿瘤组织的免疫抑制微环境。在进一步结合ICB药物α-PD-L1的免疫治疗中，肺癌抑制率高达88.2%，而单独给予α-PD-L1治疗的肺癌抑制率仅为2.4%，将肺癌免疫治疗效果提升36.8倍。

 ¹²⁹Xe MRI评估活性氧响应型Fe₃O₄介导的肺癌铁死亡协同免疫治疗效果

团队利用超灵敏¹²⁹Xe MRI技术和Fe₃O₄基纳米造影剂监测肺转移癌的铁死亡免疫疗效。¹²⁹Xe MRI实时监测肺癌疗效的结果显示，随着肺转移癌治疗效果的提升，肺癌¹²⁹Xe MRI信号逐渐增强，这表明小鼠肺部的通气缺陷区域逐渐减少，通气功能逐渐改善。这一结果证明了¹²⁹Xe MRI技术成功实现对肺癌疗效的实时监测，同时也证明Fe₃O₄基纳米造影剂能够促进α-PD-L1免疫检查点阻断剂的免疫疗效。进一步地，团队利用¹²⁹Xe化学位移饱和恢复技术（chemical shift saturation recovery，CSSR）获取了肺部气血交换功能和肺部微结构的影像信息，能够更加直观地评价肺癌细胞的生长情况，表明¹²⁹Xe MRI技术能够实现对肺癌疗效的精准评估。这项研究为肺癌疗效的实时监测和精准评估提供了新的技术手段，有望成为肺癌治疗领域的重要工具。

  ¹²⁹Xe MRI评估肺转移癌治疗效果

该研究成果以“Monitoring ROS Responsive Fe₃O₄-based Nanoparticle Mediated Ferroptosis & Immunotherapy via ¹²⁹Xe MRI”为题发表在国际学术期刊《德国应用化学》。精密测量院研究员张磊和博士后丘茂松为文章共同第一作者，研究员陈世桢和周欣为通讯作者。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金和中国科学院青年交叉团队项目的资助。

论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202403771