核磁共振成像（MRI）是目前临床上普遍使用的一种功能影像技术，具有无创伤性和高分辨率等特点，在肿瘤的诊断方面显示出巨大的应用价值。造影剂是实现体内肿瘤MRI诊断的关键材料。但是由于肿瘤在早期阶段（直径<1-2 mm）无新生血管，体内生物屏障阻隔现有的MRI造影剂，使其难以到达和聚集在微小肿瘤部位以实现肿瘤的早期诊断。因此，研制安全高效的MRI造影剂是解决该难题的有效途径。
2014年4月23日，国际顶尖的材料学研究期刊Advanced Materials发表了中国科学院地质与地球物理研究所中-法生物矿化与纳米结构联合实验室和古地磁与年代学实验室曹长乾博士与合作导师潘永信研究员、朱日祥院士等人的最新研究成果。他们利用基因工程重组的人重链（H）亚基铁蛋白作为模板，通过仿生矿化技术合成了一种磁性氧化铁纳米颗粒——磁性铁蛋白（~12 nm），将其作为新型造影剂运用到体内肿瘤成像实验（图1）。通过对人乳腺癌和神经胶质瘤的裸鼠肿瘤移植模型进行体内实验，发现这种新型MRI造影剂（横向弛豫率高达224 mM-1s-1）在静脉注射后能跨越正常的血管内皮细胞、上皮细胞和血-脑屏障，特异性地结合和内吞进入肿瘤细胞，实现体内无血管肿瘤（直径< 1-2 mm）的成像。此外，其空壳铁蛋白连接上近红外荧光分子Cy5.5后，成为肿瘤靶向型分子探针，可以实现直径<1-2 mm的乳腺癌的活体近红外荧光成像（NIRFI）。
相比已有的MRI造影剂，该新型造影剂能够跨越血管内皮细胞和血脑屏障，具有广谱的肿瘤主动靶向性。材料制备工艺可控，由具有高生物相容性的人铁蛋白壳一步仿生矿化反应合成，无需传统昂贵和复杂的膜包被和靶向分子偶联修饰过程，具有高效和绿色经济的优点。
这项研究成果是该课题组继成功仿生合成和鉴定该磁性铁蛋白材料（Cao et al., 2010, JGR, 115, B07103；Walls et al., 2013, Microscopy and Microanalysis, 19(4): 835-841）以及与合作者发现该材料在体外能特异识别肿瘤细胞和具有过氧化物酶双功能（Fan et al., 2012, Nature Nanotechnology, 7(7): 459-464）之后的又一重要进展。该研究从仿生合成材料的突破为肿瘤的体内早期诊断提供了新试剂和新思路。
该研究工作得到中国科学院创新团队国际合作伙伴计划项目和国家自然科学基金项目的资助。中科院武汉物理与数学研究所雷皓研究员课题组、山东大学陈冠军教授和刘巍峰教授课题组以及中科院生物物理所孙磊博士等参与了合作研究。研究成果发表在2014年4月23日出版的最新一期Advanced Materials（Cao et al. Targeted in vivo imaging of microscopic tumors with ferritin-based nanoprobes across biological barriers. Advanced Materials, 2014, 26(16): 2566-2571）。
原文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201304544/abstract