该文档是一篇发表于《Trends in Analytical Chemistry》期刊（Volume 195, 2026年）的综述性论文（Review）。文章的作者主要来自中国临沂大学：韩立东（Lidong Han）a， 吴传臣（Chuanchen Wu）b， 贺展祥（Zhanxiang He）b， 李俊彦（Junyan Li）b， 石鹏飞（Pengfei Shi）a,b,* 和张树生（Shusheng Zhang）a,b,**。其中，a单位是山东省肿瘤影像装备与诊疗一体化技术重点实验室（临沂大学化学化工学院），b单位是临沂大学医学院。
本文的主题是系统性地回顾与评述过去十年间应用于肿瘤诊断与治疗的各类磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）造影剂的研究进展。文章指出，随着临床对MRI造影剂需求的日益增长，研发重点已转向提升其安全性、精准性和功能多样性。本文旨在通过全面梳理基于铁（Fe）、锰（Mn）、钆（Gd）以及其他金属离子（如铜、镍、钴、钬、镱、镝）和非金属元素（如氟）的MRI造影剂，总结其在肿瘤诊疗一体化中的应用，并展望其临床转化的优势与挑战，以期吸引纳米医学等领域研究者的广泛兴趣，提升肿瘤诊断的精准性和治疗的有效性。
本文的第一个主要论点是MRI及其造影剂在肿瘤精准诊疗中具有不可替代的核心价值。作者首先阐述了恶性肿瘤对人类健康的严重威胁，并强调早期诊断和精准治疗是提高患者生存率的关键。在众多影像技术中，MRI因其非侵入性、能清晰显示组织解剖结构、准确定位深部组织分子成像特征等独特优势，在肿瘤诊断中应用广泛。它克服了计算机断层扫描（CT）的辐射问题、正电子发射断层扫描（PET）空间分辨率不足、光声成像（PAI）穿透深度有限等缺点，临床转化更为成熟，兼容性更强。而MRI造影剂作为增强诊断效能的辅助工具，通过调节靶组织或病变区域的弛豫时间，显著改善正常与异常组织间的信号对比度，能够清晰显示病灶边界和内部结构，有助于早期微小病变的识别。此外，动态增强扫描结合造影剂还能提供病灶的血流灌注、血管通透性等功能参数，为肿瘤良恶性鉴别、病理分级和治疗效果动态监测提供量化依据。特别重要的是，靶向性造影剂能够通过与肿瘤生物标志物的特异性结合，实现分子水平的精准肿瘤成像，为制定个体化诊疗方案提供支撑。目前临床主导的仍是钆基造影剂，辅以超顺磁性氧化铁基等专用制剂。文章进一步指出，新型的“诊疗一体化”材料，兼具精准诊断和高效治疗功能，为个性化纳米药物的开发提供了新策略。这些材料除作为MRI造影剂外，还可作为药物载体或发挥化疗、光动力治疗（PDT）、化学动力治疗（CDT）、光热治疗（PTT）、基因治疗（GT）、免疫治疗（IT）、放射治疗（RT）、声动力治疗（SDT）及磁热疗（MHT）等治疗作用。
本文的第二个主要论点是系统阐述了MRI及其造影剂的基本工作原理，为理解后续各类造影剂的性能提供了理论基础。MRI的基本原理是利用人体内不同组织中氢质子弛豫时间的差异来生成图像。在外加静磁场中，氢质子磁矩排列产生宏观磁化矢量；施加射频脉冲后，磁化矢量发生偏转；脉冲停止后，磁化矢量通过纵向弛豫（自旋-晶格弛豫，时间常数为T1）和横向弛豫（自旋-自旋弛豫，时间常数为T2）恢复到平衡状态。MRI造影剂通过顺磁性弛豫增强效应，显著缩短水质子的弛豫时间。具体而言，T1加权造影剂（阳性造影剂）通过加速水质子与顺磁性金属离子未配对电子间的能量交换来缩短T1，在图像上产生亮信号；T2加权造影剂（阴性造影剂）利用其超顺磁性扰乱局部磁场均匀性，使质子失相位加速，缩短T2，在图像上产生暗信号。评价造影剂性能的关键参数是弛豫率（R1=1/T1, R2=1/T2）。对于T1造影剂，更高的R1值和更低的R2/R1比值意味着更有效的成像；对于T2造影剂，更高的R2值和更高的R2/R1比值则能增强图像的显示能力。
本文的第三个主要论点是全面综述了铁基MRI造影剂在肿瘤诊断与治疗中的多样化设计、功能集成与应用进展。铁元素因其生物相容性好、可生物降解、弛豫率高、毒性低及易于实现多模态成像等优势，成为重要的MRI造影剂材料。该部分内容详实，通过大量文献案例进行了阐述。 1. 氧化铁纳米材料：主要包括Fe2O3、Fe3O4和超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米颗粒。 * Fe2O3纳米材料：主要作为T2造影剂。研究重点超越单纯的成像，集中于表面修饰、靶向成像、多模态成像与治疗功能的集成。例如，通过聚多巴胺（PDA）包覆并连接靶向多肽（Affibody）构建的纳米平台，实现了MRI、肿瘤靶向和磁场增强的光热治疗（PTT）功能一体化。将γ-Fe2O3与氧化石墨烯（GO）复合，负载化疗药物阿霉素（DOX），可用于MRI、荧光成像（FLI）和光热成像（PTI）引导的化疗/光热协同治疗。利用Fe2O3的芬顿效应，可设计用于化学动力治疗（CDT）的纳米制剂，如中空介孔Fe2O3纳米颗粒负载药物并用巨噬细胞膜伪装，可增强对乳腺癌的靶向和CDT效果。 * Fe3O4纳米材料：因其优异的超顺磁性、稳定性、生物相容性和丰富的表面修饰位点，应用更为广泛。其研究涵盖：（a）与化疗结合：如制备pH响应型介孔二氧化硅包覆的Fe3O4纳米颗粒用于可控药物释放和MRI。（b）与免疫治疗等结合：如用Fe3O4/碳纳米管复合材料改造M1型巨噬细胞，实现MRI追踪的免疫治疗和气体疗法。（c）表面工程化：常用聚乙二醇（PEG）及其衍生物进行修饰以增强生物相容性和延长血液循环时间。（d）与其他纳米材料复合：常与金（Au）、银（Ag）、钯（Pd）、二氧化锰（MnO2）、硫化银（Ag2S）等复合以实现协同效应。例如，Fe3O4-Au核壳结构、Fe3O4-Ag Janus纳米粒子等用于MRI引导的PTT；将Fe3O4与上转换纳米颗粒（UCNPs）结合，可实现MRI/上转换发光（UCL）双模成像引导的PTT。（e）靶向修饰：通过连接靶向配体如RGD肽、叶酸（FA）、透明质酸（HA）、抗体（如抗CD44抗体、贝伐珠单抗）或包裹细胞膜（红细胞膜、肿瘤细胞膜），显著提高肿瘤靶向性和治疗效果。（f）构建智能响应系统：利用肿瘤微环境（TME）的弱酸性、高浓度谷胱甘肽（GSH）或腺苷三磷酸（ATP）等特征，设计刺激响应型纳米探针，实现MRI信号的“开关”控制或治疗药物的精准释放，并用于良恶性肿瘤的鉴别诊断。 * 超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米材料：作为一种已临床使用的造影剂，研究侧重于其功能化。例如，将其与DNA适配体（如AS1411）结合用于靶向PTT和双模成像；或设计酸响应的纳米探针，在肿瘤微环境中发生结构转变，从而显著增强T2弛豫率和成像对比度。
2. 铁螯合纳米材料：通过有机配体与铁离子配位形成稳定的结构，可防止游离铁离子释放，具有优异的生物相容性和快速的肾脏代谢特性。例如，二茂铁硒与上转换纳米颗粒结合构建的纳米复合材料，可用于T1-T2双模MRI/UCL成像以及PTT/CDT协同治疗。金属有机框架（MOFs）和氢键有机框架（HOFs）是优秀的铁螯合材料平台，其结构可设计、理化性质可调。如由铁-卟啉配体构建的Fe-MOF，负载药物和PDA后，可实现近红外（NIR）和pH双响应的化疗/PTT/PDT协同治疗及MRI引导；铁基HOF材料则展现出高弛豫率和高R2/R1比值，在T2加权成像方面具有优势。
3. 铁掺杂纳米材料：将铁离子掺杂到其他化合物基质中，既能保持基质的特性，又能赋予其MRI对比功能，具有高生物相容性和可调性。例如，铁掺杂的硫化铜纳米粒子可用于光声成像（PAI）和MRI双模成像引导的PTT；铁掺杂的磷酸钙纳米颗粒可实现T1-T2双模MRI和射频热疗；铁原子分散在硅碳基底上形成的纳米平台，可通过调节Fe(II)/Fe(III)比例来优化MRI和CDT性能。 此外，文章还简要提及了其他铁基材料如FeS2、FeSe2、FeOOH等在诊疗一体化中的应用。
本文的第四个主要论点是系统综述了锰基MRI造影剂的研究进展，强调其作为钆替代品的潜力及其对肿瘤微环境的智能响应能力。锰是人体必需微量元素，具有优异的顺磁性、快速的水分子交换率、良好的生物相容性，且能响应肿瘤微环境，易于与治疗功能协同。 1. 氧化锰纳米材料：包括MnO、MnO2、Mn3O4等。 * MnO2纳米材料：是研究热点，具有优异的T1加权成像能力和对TME（如GSH、H2O2、pH）的智能响应性。MnO2可与GSH反应，将Mn(IV)还原为Mn(II)，在消耗GSH的同时释放Mn2+增强T1 MRI信号，并能通过类芬顿反应产生ROS。研究案例包括：MnO2纳米颗粒用于MRI引导的PTT；MnO2包裹的树枝状聚合物用于输送葡萄糖氧化酶（GOX）和免疫佐剂，实现MRI引导的CDT/饥饿疗法/免疫联合治疗；MnO2与CuS、Au、上转换纳米颗粒、MOFs、CeO2等材料复合，构建多功能纳米平台，用于多模成像和协同治疗（如PTT、CDT、PDT、放射增敏等）。 * Mn3O4纳米材料：含有混合价态的Mn，在肿瘤还原环境中可被GSH还原释放Mn2+，从而激活MRI信号。例如，Mn3O4-Ag2S Janus纳米粒子可作为优秀的T1造影剂并具有光热和产生ROS的能力。 * 生物仿生策略：通过工程化矿化的肿瘤细胞制备造影剂（如Mn-UCS和Mn-SCS），充分利用细胞膜的同源靶向能力，并在TME中激活超高弛豫率的MRI信号，为早期肿瘤的精准诊断提供了新思路。
2. 锰螯合纳米材料：通过配位键形成稳定结构，控制锰离子释放，提高生物安全性。例如，锰离子与功能分子配位形成纳米配位聚合物，用于GSH响应的药物递送和MRI监控；两亲性氨基酸调控Mn2+与光敏剂Ce6的自组装，构建超分子纳米平台用于MRI引导的PDT；以Mn-卟啉为配体构建的MOF纳米平台，可用于MRI引导且能自供氧的PDT。
本文的第五个主要论点是简要概述了基于其他金属（钆、铜、镍、钴等）及非金属（氟）的MRI造影剂，并最终总结了该领域的挑战与前景。文章指出，尽管钆基造影剂目前临床主导，但其潜在的钆沉积风险促使人们寻求更安全的替代品（如锰基、铁基）。对于其他金属和非金属造影剂，文章虽未在摘要部分展开详述，但表明在正文的图示（Fig. 1）和后续章节中进行了系统总结。在全文的结尾部分，作者对文中综述的各类MRI造影剂用于临床的前景和挑战进行了展望与分析。挑战可能包括：长期生物安全性、体内代谢途径、规模化生产的质量控制、靶向效率与脱靶效应、以及从实验室到临床转化的监管壁垒等。前景则在于通过多功能集成、智能响应设计和多模态协同，推动肿瘤诊疗向更精准、更高效、更个性化的方向发展。
本文的意义与价值在于：作为一篇发表在权威分析化学趋势期刊上的综述，它及时、全面、系统地梳理了肿瘤诊疗一体化MRI造影剂领域近十年的重要进展。文章不仅提供了扎实的理论基础（MRI原理），还通过大量最新的研究案例，分类详述了不同基元（铁、锰等）造影剂的设计策略、功能集成（成像与多种疗法结合）及其在动物模型中的验证效果。这篇综述为相关领域的研究人员（包括纳米医学、材料科学、生物医学工程、肿瘤学等）提供了一份极具参考价值的“路线图”，有助于读者快速把握领域热点、技术难点和发展方向，从而启发新的研究思路，共同推动新一代智能、安全、高效的肿瘤诊疗纳米制剂的研发与临床转化。