近日，生命科学技术学院王忠良教授团队在磁粒子成像(MPI)领域取得系列重要研究进展，相关成果发表在化学领域国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》(中科院一区Top，IF=15.6)及材料科学领域顶级期刊《Advanced Materials》(中科院一区Top，IF=26.8)。
MPI是一种可直接、定量、无辐射示踪氧化铁纳米粒子的前沿分子影像技术，在肿瘤等重大疾病早期诊断方面极具潜力。然而，现有磁纳米粒子多为磁共振成像(MRI)设计，与MPI的物理机制并不匹配，导致成像质量受限。因此，针对MPI物理特性量身定制磁纳米粒子已成为该领域亟待攻克的核心难题。针对上述瓶颈，团队成员凝练出两大关键科学问题：1)如何设计高性能磁粒子成像探针，实现其理论灵敏度；2)如何构建可精准捕获微小肿瘤的智能化平台。
为此，团队成员杨鹏副教授提出“原子磁排布—纳米磁结构—介观磁参数—宏观磁性能”全链条构效模型：以原子级可控化学合成精准驯化成核速率、温度、晶面抑制、掺杂与组装，在纳米尺度编程粒子的形貌、尺寸与表面特性，进而改善其磁学参数，优化其成像性能，为MPI技术的临床转化奠定了关键材料学基础。相关成果以《Shape-Orchestrated Soft–Hard-Tandem Tracers: A Magnetic Control Strategy for Advanced Magnetic Particle Imaging》为题发表在化学领域国际顶级期刊J. Am. Chem. Soc。西安电子科技大学为论文第一通讯单位，王忠良教授为通讯作者，青年教师杨鹏副教授与硕士生段德尚为共同第一作者。
形状调协的软硬结合示踪剂的设计原理
此外，基于上述研究，团队成员闫浩浩博士及张瑞丽副教授将仿生策略首次引入磁粒子成像领域，利用表达前列腺特异性膜抗原(PSMA)靶向抗体片段(gy-1)的基因工程巨噬细胞膜进行表面功能化，获得肿瘤靶向探针Fe3104PMgy-1，一举突破体内短代谢与微转移灶难检的双重桎梏，实现了百量级(800个)肿瘤细胞的在体检测，并在活体水平完成0.5 mm前列腺癌骨转移的MPI早诊，灵敏度比肩临床金
标准。相关成果以《Unleashing the Power of Magnetic Particle Imaging: Tailored Magnetic Nanoparticles for Ultrasensitive Detection of Bone Metastases in Prostate Cancer》为题，发表于材料科学领域顶级期刊Advanced Materials。王忠良教授、中科院自动化所杜洋研究员、北京航空航天大学田捷教授、空军军医大学西京医院韩东晖副主任医师为共同通讯作者，西安电子科技大学闫浩浩博士、中科院自动化所史光源博士、西安电子科技大学张瑞丽副教授为共同第一作者。
基因工程巨噬细胞膜伪装的定制磁纳米粒子精准识别前列腺癌骨转移示意图
王忠良教授团队提出的“底层原子设计—介观性能编码—宏观精准诊断”的贯通式创新，为下一代高灵敏、高分辨分子影像探针的设计提供了全新范式，不仅夯实了MPI从实验台走向病床的理论与技术基石，也彰显了团队在分子影像领域关键科学问题上的持续深耕与突破。相关工作也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。
