Small-Molecule Fe 3+ -Based Magnetic Resonance Imaging Probe Enables Noninvasive Imaging of Pancreatic Zn 2+ and β-Cell Function In Vivo

体内 化学 磁共振成像 胰腺 体外 合理设计 功能(生物学) 生物物理学 分子成像 临床前影像学 生物相容性材料 生物医学工程 磁共振造影剂 核磁共振 螯合作用 分泌物 生物化学 离体
作者
Jun-Mei Yi,Kexin Bian,Yun Xu,Dinghua Liu,Zhuoyao Wu,Chang Liu,Weitao Yang,Weiwei Zeng,Tianming Cui,Bingbo Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (51): 47627-47637 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17216
摘要

Noninvasive imaging of zinc ions (Zn2+) is crucial for understanding cellular signaling and metabolic processes, particularly in the pancreas where Zn2+ is coreleased with insulin. However, the development of sensitive and biocompatible magnetic resonance imaging (MRI) probes for Zn2+ remains challenging. Here, we report the rational design and synthesis of FeL2, a small-molecule Fe3+-based contrast agent engineered with imidazole-enriched chelators to achieve high Zn2+ affinity. Upon binding with Zn2+ and human serum albumin, FeL2 exhibits a marked increase in r1 relaxivity, enabling in vivo visualization of glucose-stimulated Zn2+ secretion in the mouse pancreas. In normal mice, FeL2 produced a 25.9% enhancement in pancreatic MRI signal following glucose challenge, significantly outperforming the parent compound FeL1 (15.3%). Diabetic mice with impaired β-cell function showed minimal response, confirming the specificity of FeL2 for functional Zn2+ release. Biosafety evaluations revealed low toxicity and rapid renal clearance, underscoring the clinical potential of FeL2. This work establishes FeL2 as a highly sensitive and safe MRI probe for noninvasive assessment of pancreatic β-cell function, offering a promising diagnostic tool for diabetes and related metabolic disorders.
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