俄勒冈州立大学（Oregon State University）科学家已为新型磁共振成像造影剂设计提交专利申请。这种基于金属有机框架（MOF）结构的材料有望超越现有造影剂性能，同时降低患者毒性风险并提升环境友好性。
金属有机框架材料诞生于20世纪90年代，其广泛应用前景日益显现，并在今年获得诺贝尔化学奖。MOF由带正电荷的金属离子与有机"连接"分子构成，具有纳米级孔隙结构，可通过不同组分设计实现特定性能。
在俄勒冈州立大学理学院基里亚科斯·斯蒂利亚诺（Kyriakos Stylianou）教授团队主导下，研究人员开发出新型锰基MOF材料BVR-19。该材料以该校吉祥物海狸（beaver）缩写BVR命名，有望替代当前广泛使用的钆基造影剂。
造影剂又称对比介质，是医疗成像中增强组织可见度的物质。全球磁共振成像造影剂产业估值超15亿美元，预计未来五年将随无创诊断需求增长而扩大7.5亿美元规模。
钆作为稀土元素存在多重隐忧：对人体的潜在毒性、环境危害风险，以及供应链问题——中国掌控着全球大部分稀土储量及加工产能。相比之下，锰元素在地壳中储量丰富，除用于电池、钢铁和陶瓷制造外，微量锰元素对人体健康至关重要，参与抗氧化、骨骼形成及胆固醇、碳水化合物和氨基酸代谢。
斯蒂利亚诺教授指出："BVR-19代表磁共振成像造影剂设计的范式转变。我们在不牺牲性能的前提下，用储量丰富且生物相容性高的金属替代了有毒金属。" 钆元素已应用于造影剂近40年，但人体无法代谢此类物质，导致其几乎原样排入废水系统，且在水处理厂难以降解，其长期生态毒理学影响尚未明确。
斯蒂利亚诺强调，钆在人体内的滞留风险同样值得关注。多数造影剂设计为24小时内排出体外，但即使肾功能正常患者，钆也可能在组织中存留数月甚至数年。尽管滞留尚未被确证与疾病相关，美国食品药品监督管理局（FDA）已发布警告并要求进行患者教育，因其长期影响存在不确定性。
作为首款整合天然生物相容性氨基酸L-半胱氨酸的锰基MOF，BVR-19的合成过程在室温水中完成，无需有毒溶剂或苛刻条件。测试表明，该材料能在更低剂量下实现比现有商用造影剂更明亮清晰的成像效果。
"这项工作彰显了俄勒冈州立大学在医疗与环境应用功能MOF设计领域的领导地位，" 斯蒂利亚诺说，"它证明绿色化学与材料设计的融合能创造更安全的技术。该研究贯通化学、毒理学与医学，展现了跨学科合作如何将基础发现转化为直接改善人类健康的实用技术。"
该研究发表于《材料化学B杂志》，博士生雅各布·莱萨德（Jacob Lessard）和本科生迪伦·派尔（Dylan Pyle）为共同第一作者。材料发现实验室（MaD Lab）其他成员包括博士后安杰伊·格拉迪西亚克（Andrzej Gladysiak）、博士生埃马纽埃尔·穆萨（Emmanuel Musa）及本科生杰夫·鲍文（Jeff Bowen）。合作团队还包括俄勒冈州立大学农业科学学院的罗宾·坦圭（Robyn Tanguay）、丽莎·川（Lisa Truong）、西瓦·库里（Siva Kolluri）以及俄勒冈健康与科学大学（OHSU）的科里·怀亚特（Cory Wyatt）。
研究经费由俄勒冈健康与科学大学及俄勒冈州立大学研究学院提供。
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