核磁共振也存在致命隱患！？最新研究：顯影劑中的稀土重金屬釓沉澱可能是影響健康的“定時炸彈”！

磁共振成像（MRI）作為現代醫學的重要診斷工具，其清晰的影像質量在很大程度上依賴於釓基對比劑（GBCAs）的使用。這些對比劑透過增強組織對比度，幫助醫生更準確地識別病變。然而，近年來，關於GBCAs在人體內的安全性問題逐漸引起關注。

近期發表在Magnetic Resonance Imaging雜誌上的一項研究指出，釓從MRI對比劑中沉澱可能是其毒性的關鍵因素。這一發現為我們理解GBCAs的潛在風險提供了新的視角。該研究題為“Precipitation of gadolinium from magnetic resonance imaging contrast agents may be the Brass tacks of toxicity”。

圖1：標題

研究背景：釓基對比劑的雙面性

釓是一種稀土金屬，因其獨特的磁性特性，被廣泛應用於MRI對比劑中。在對比劑中，釓通常以螯合形式存在，即透過化學方式與有機分子結合，形成穩定的複合物，以防止其自由離子對人體產生毒性。

然而，研究發現，並非所有注射的GBCAs都會完全排出體外，部分釓可能在體內滯留，尤其是在大腦、骨骼和皮膚等組織中。這種沉積的釓是否會對人體健康產生長期影響，成為了研究的熱點問題。此外，當前的研究主要集中於酸性環境和內源性金屬的作用，而生物環境對GBCAs分解的影響尚未充分研究。

研究方法：深入探究釓沉積的形成過程

研究團隊模擬了人體內酸性環境中釓基對比劑與草酸反應生成沉澱的過程，以探索釓沉積的機制。

1. 實驗試劑與配製方法

對比劑：Dotarem（環狀GBCAs）；Omniscan（線性GBCAs）；Gadoteric acid（未配製的對比劑），用NaOH溶解後調配至所需濃度。

其他關鍵試劑：

草酸（≥99%）和牛血清白蛋白（BSA，≥98%）；氫氧化鉀與氯化鉀為ACS分析純。

2. 實驗體系設計

實驗反應在1.5 mL體積的聚苯乙烯比色皿中進行；首先加入除對比劑以外的所有試劑，然後迅速加入對比劑並混勻；沉澱的形成透過605 nm波長下的分光光度法進行即時監測，使用Eppendorf Biospectrometer完成；pH值確保反應環境接近體內溶酶體的酸性條件（pH 1.27–4.15）。

3. 資料分析

反應延遲時間（td）和表觀沉澱速率常數（kₚᵣₑcᵢₚ,obs）透過擬合沉澱曲線得到；每項實驗均進行了三次獨立重複，取平均值以確保精度；對於pH相關實驗，每種條件製備兩個樣本，一個用於動力學測量，另一個用於pH即時測定。

4. 沉澱物表徵方法

為分析沉澱的性質，研究者將Omniscan或Dotarem（終濃度為166.6 mM）與草酸（333.3 mM）混合後生成沉澱，並按如下方式處理：

反應時間：Omniscan沉澱反應持續1小時，Dotarem沉澱反應則持續一整夜；

樣本洗滌與乾燥：沉澱經離心收集後，依次用水和甲醇反覆洗滌，並在空氣中乾燥數日；

5. 檢測手段：

X射線光電子能譜（XPS）：用於分析沉澱中元素的化學狀態；

掃描電子顯微鏡（SEM）：用於觀察沉澱顆粒的微觀形態；

熱重分析（TGA）：在氮氣環境下從室溫加熱至800°C，監測沉澱的熱穩定性和組成；

元素分析：由專業公司（Atlantic Microlabs, Inc.）完成，提供釓含量的準確定量資料。

研究結果

本研究系統分析了兩種常用 MRI 造影劑（Omniscan 和 Dotarem）與草酸之間的反應行為。

首先，Omniscan 與草酸在水溶液中迅速反應，幾乎無延遲地生成白色沉澱。多種光譜和元素分析確認該沉澱為草酸釓（Gd₂(C₂O₄)₃）。相比之下，Dotarem 與草酸反應速率較慢，表現出明顯的雙階段反應過程：第一階段為草酸與螯合態釓形成中間配合物，隨後逐漸釋放出遊離釓，與過量草酸生成沉澱，最終產物結構與 Omniscan 類似。

圖2：草酸釓（A）和 Omniscan（166.7 mM）與草酸（333 mM）的反應產物（B）的掃描電子顯微鏡影像。

溫度對反應具有促進作用：從 25°C 升至 37°C 明顯加快沉澱形成速率，提示該反應在生理溫度下具備一定活性。濃度實驗顯示，草酸和 Dotarem 濃度均與沉澱生成速率呈正相關，尤其是草酸的自由濃度對反應速度影響更大。

圖3：166.7 mM Omniscan（ A）和 166.7 mM 氯化釓/草酸（B）與草酸（333.3 mM）的反應產物的 X 射線光電子能譜 (XPS) 測量。

加入人血清白蛋白（BSA）後，Dotarem 的沉澱形成反應明顯加快，並大幅縮短反應初始延遲時間，表明蛋白質可能在生理環境中加速螯合物分解與釓沉積。

圖4：牛血清白蛋白(BSA)對37°C下草酸沉澱Dotarem的速率的影響。

此外，pH 對反應具有調控作用：低 pH 有利於反應進行，而高 pH 條件下沉澱難以生成。但即便在中性至弱鹼環境下，BSA 仍可部分恢復反應活性。

最後，Dotarem 反應生成的沉澱中檢測到 meglumine（輔料成分）來源的氮元素，說明其也可參與沉澱共結晶。改用無輔料配方的 gadoteric acid 後，生成沉澱為更純淨的草酸釓。

總結

本研究揭示，MRI造影劑中的釓可在體內與內源性草酸反應形成草酸釓沉澱，尤其在酸性及蛋白質存在的環境中反應加速，提示細胞內尤其是溶酶體內可能是釓解離與沉積的重要場所。儘管螯合劑穩定性高，如Omniscan和Dotarem仍在生理條件下發生降解，釋放自由釓離子並形成奈米顆粒，可能與腎損傷、系統性纖維化等毒性反應相關。該研究首次提供了釓在體內轉化為不溶顆粒的化學機制，為解釋其慢性毒性提供了依據。

這些發現為理解GBCAs在體內的穩定性和釓沉積的機制提供了新的視角，強調了在臨床使用中選擇更穩定的環狀GBCAs的重要性，以降低潛在的毒性風險。未來應關注釓奈米顆粒的形成、生物分佈及其致病潛力，發展更安全的造影劑及應對策略。

參考文獻：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0730725X25000670#s0060

撰寫｜Catherine

編輯｜小餅乾

來源｜梅斯學術

部分文字來源於網路，本文僅用於分享，轉載請註明出處。若有侵權，請聯絡微信：bioonSir 刪除或修改！