Metal‐Ion‐Activity Magnetic Nanoprobes for MRI Sensing of Cu 2+ Levels in Tumor Malignancy

材料科学 纳米技术 金属 磁性纳米粒子 水溶液中的金属离子 磁共振成像 核磁共振 化学工程 纳米颗粒 冶金 医学 工程类 物理 放射科
作者
Yuehao Gan,Qiyue Wang,Hui Du,Yuqi Wang,Dao Shi,Longfei Pan,Daishun Ling,Fangyuan Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (47): e07307-e07307
标识
DOI:10.1002/smll.202507307
摘要

Abstract Metal ions are essential for enzymatic regulation, redox balance, and signal transduction, with dysregulation increasingly implicated in cancer, neurodegeneration, and inflammation. Copper ions (Cu 2+ ), in particular, are closely associated with tumor progression and malignancy. However, conventional binding‐based magnetic resonance imaging (MRI) probes lack the sensitivity to detect trace metal ion fluctuations in vivo. Here, a metal‐ion‐activity magnetic (MIAM) nanoprobe is reported that integrates activity‐based chemical sensing with magnetic resonance energy transfer for signal amplification. MIAM nanoprobe consists of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) linked to gadoteric acid (Gd‐DOTA) via a Cu 2+ ‐cleavable adipic acid dihydrazide moiety. The T 1 ‐MRI signal is initially quenched as SPIONs suppress Gd‐DOTA's relaxivity. Upon exposure to elevated Cu 2+ , Cu 2+ ‐catalyzed reaction breaks the covalent bond in the MIAM nanoprobe and then releases free Gd‐DOTA, resulting in an activated T 1 ‐MRI signal. The catalytic nature of this reaction enables multiple turnover events, thereby facilitating signal amplification and enabling sensitive detection of Cu 2 ⁺ levels down to ≈10 µ m in vitro, facilitating the identification of tumor malignancy and the evaluation of therapeutic response to Cu 2+ chelators. By converting metal ion activity into quantifiable MRI contrast, the MIAM nanoprobe offers a noninvasive platform for diagnosing and tracking various metal‐ion‐associated diseases.
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