科学家利用量子化学计算开发分子设计策略 并基于此构建超极化MRI量子传感技术
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2026年2月27日——在肾素血管紧张素系统中催化代谢反应的氨肽酶,对血管生成和肿瘤生长起着关键作用。因此,开发直接评估其体内酶活性平衡的方法学,始终是疾病诊断和治疗反应评估领域的重大挑战。
动态核极化(DNP)作为一种强大的量子传感技术,可显著提升核磁共振(NMR/MRI)的检测灵敏度。其中,超极化MRI技术尤其具备同时检测多种体内酶活性的潜力。然而,目前可同步分析的分子种类和酶促反应范围仍受限制。该领域尚未解决的关键难题在于:如何建立既能维持足够长的超极化寿命,又能产生完全无重叠NMR/MRI信号(即完全可区分的化学位移)的分子设计。
东京大学的研究团队通过将量子化学计算与实验验证相结合,开发出了一种合理的分子设计策略。该方法可独立优化负责酶反应活性的结构部分与调控化学位移特性的结构部分。基于此,该团队建立了一套超极化MRI分子探针体系,能够同步检测多种探针及其与氨肽酶反应后的相应酶解产物。借助这些探针,研究人员在小鼠模型中成功实现了肿瘤内多种氨肽酶活性的同步检测。更重要的是,他们证实:在肿瘤体积出现可测量变化之前,就能检测到抗血管生成药物舒尼替尼治疗所诱导的酶活性变化。
该工作建立的分子设计原理和多路复用超极化MRI技术,为下一代影像诊断奠定了基础。这种策略有望通过同步检测癌症、肾脏疾病等病变中的多种酶活性,实现高度精准且非侵入性的病理状态评估。


