簡介

作為一種成像技術，磁共振成像（MRI）廣泛應用于日常臨床診療中。為了在檢查過程中增強對比度，可以使用幾種不同的造影劑。由于五個或七個不成對電子具有出色的順磁性，因此常使用Fe3+、Mn2+或Gd3+。因游離形態(tài)的Gd3+具有毒性，此探針與氨基羧酸一起作為復合物給藥。大多數(shù)釓造影劑（GBCA）是全身分布的，一些靶向特異性GBCA也正在研究中。

圖1 Gadofluorine P的結構

Gadofluorine P是一種靶向造影劑，對富含膠原蛋白的細胞外基質（ECM）具有高親和性，ECM在發(fā)生心肌梗塞（MI）時分泌。多模式生物成像技術能夠可視化靶向造影劑的分布。使用激光剝蝕與電感耦合等離子體質譜（LA-ICP-MS）以高空間分辨率在元素水平上生成定量圖像，而基質輔助激光解吸電離質譜（MALDI-MS）用于在分子水平上驗證研究結果，提供更多分布信息，例如磷脂或血紅素b的分布。

材料和方法

動物實驗

此項動物實驗在明斯特大學醫(yī)院臨床放射學研究所Moritz Wildgruber教授的研究小組進行。使用誘導心肌梗塞六周的小鼠，注射照影劑Gadofluorine P后進行MRI檢查。小鼠被處死后，取出心臟并快速冷凍。用冷凍切片機制備厚度為10μm的切片。

標準品制備

對于LA-ICP-MS分析，用明膠制備基體匹配標準品，用于外標 校正。明膠（10%w/w）添加9種不同濃度，范圍為0至5000 μg/g Gd。另制備了厚度為10μm的標準品切片。

樣品制備

對于MALDI-MS成像分析，將切片放置于氧化銦錫（ITO）涂層的載玻片上。先用升華法涂敷α-氰基-4-羥基肉桂酸（CHCA）至組織表面，然后用500μl水和50μl甲醇混合溶液噴霧于組織表面2.5分鐘進行再結晶。

分析條件

對于LA-ICP-MS分析，使用Tygon管，將ICPMS-2030與激光剝蝕系統(tǒng)LSX-213 G2+（Teledyne CETAC）連接，此系統(tǒng)配有HelEX II池和波長為213nm的Nd-YAG激光。氦氣用于剝蝕池的沖洗和傳輸。ICP-MS 2030配有鎳采樣錐和截取錐。

在碰撞模式下，31P、57Fe、66Zn、158Gd和160Gd的積分時間為100ms條件下進行測量。每種標準品的標準曲線使用了10個濃度水平進行分析，并且同樣的條件下分析了樣品（表1）。

表1 LA-ICP-MS的實驗條件

MALDI-MS分析使用了配有離子阱-飛行時間（IT-TOF）質譜分析儀iMScope TRIO。選擇正離子模式，質量范圍為m/z 700到1200。其他實驗條件列于表2中。基質使用iMLayer升華20分鐘。

表2 MALDI-MS的實驗條件

結果

LA-ICP-MS

用基體匹配標準品進行的外標法定量分析結果顯示，在高達5000μg/g的濃度范圍內存在良好的線性關系，相關系數(shù)R2為0.997。采用15μm光斑尺寸時，基于158Gd的檢測限（LOD）為43ng/g Gd，定量限（LOQ）為140ng/g Gd（根據(jù)Boumans[1]算出）。

圖2 小鼠心臟組織切片的H&E染色

圖2所示為連續(xù)切片的蘇木精伊紅染色結果，檢測出心肌梗塞的區(qū)域（以黑線標出）。

圖3  兩個連續(xù)切片的顯微圖像（a.和b.）；經(jīng)LA-ICP-MS測定的Gd定量分布（c.）；

Gadofluorine P的配體分布（d.）；配體結構及理論峰值（青色條）、MALDI-MS測定峰值（黑線）（e.）

圖3所示為兩個連續(xù)切片的顯微圖像（a.和b.）。使用LA-ICP-MS（c.），檢測到健康心肌中Gd的均勻分布，平均濃度約為50μg/g。梗塞區(qū)的Gd濃度高兩倍，約為110μg/g，最高值可達370μg/g。

由于靜脈注射造影劑的作用，心室中也存在較高濃度的Gd。

這些分布可以通過MALDI-MS成像進行驗證（d.）。該實驗中，只能檢測到Gadofluorine P的質子化配體，而不是完整的復合物（e.）。結果顯示，主峰m/z 1168.39的質譜成像圖與LA-ICP-MS檢測的Gd分布具有良好的相關性。在心機梗塞和心室區(qū)發(fā)現(xiàn)了分子探針的高強度，而健康心肌則顯示出低而均勻的強度。

結論 

該應用表明，元素選擇性（LA-ICP-MS）和分子選擇性（MALDI-MS）成像技術的組合是可視化心機梗塞后小鼠心臟組織中靶向釓造影劑分布的有力工具。

通過LA-ICP-MS技術實現(xiàn)了高空間分辨率和定量，并通過MALDI-MS在分子水平上驗證了其分布。

參考文獻

[1] P.W.J.M.Boumans, Spectrochimica Acta 1991, 46 B, 641-665.

文獻題目

《Gadofluorine P多模式生物成像分析用于小鼠心肌梗塞研究》

使用儀器

島津iMScope TRIO

作者

Rebecca Buchholz1、Fabian Lohofer2、Michael Sperling1,3、Moritz Wildgruber4、Uwe Karst1

1 明斯特大學無機和分析化學研究所         

2 慕尼黑工業(yè)大學放射學研究所

3 明斯特歐洲物種分析虛擬研究所（EVISA）  

4 明斯特大學醫(yī)院臨床放射學研究所

聲明

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