Magnetic Resonance Imaging (MRI)provides high-resolution three-dimensional images of the internal part of the body depending on the signal intensity difference in the in vivo distribution of the water molecules. MRI has been one of the most powerful techniques for the noninvasive diagnostic technique of the human anatomy, physiology and pathophysiology on the basis of superior spatial resolution and contrast. At present, MRI contrast agents (CAs) are applied to enhance the contrast effect, compensating the limitation on low sensitivity of MRI



gadolinium complex is used the most as a MRI CAs due to its strongest paramagnetic property. It shows effectively strong signal enhancement in MRI. These contrast agents catalytically shorten the relaxation time of the nearby water molecules to enhance the contrast with the background tissues in the MR images. The enhanced usage of MRI as the diagnostic imaging modality prompts the development of efficient MRI CAs. We have synthesized new functional contrast agents and characterize about their chemical, biological, physical properties and potential medicinal efficiency as a contrast agent. For several decades, the commercial MRI CA has been developed as a extracellular fluid (ECF) agent which rapidly excretes to extracellular region without any special function. Recently, the MRI CA researches have been done on, 'Targeting agents', 'Manganese agents', 'Chemical exchange saturation transfer (CEST)', 'Paramagnetic CEST (para CEST)', 'Lanthanide complex MRI contrast agent' and so on to have various function.

1. Targeting agent

the targeting CA can be designed as organ-specific, blood-pool, cancer-specific and inflammation-specific CA etc. the commercial organ-specific agent having lipophilic moiety helps liver enhancement. Also blood-pool agent is strongly bound to endogenous protein, serum albumin, to have a long blood vessel residual time. If a CA have cancer marker, it would show cancer specific signal enhancement. It is called as a diagnostic agent.br/>

2. Manganese agent

Recently, new manganese complex have been developed as a alternative MRI contrast agents. manganese complex has relatively low in vivo toxicity than gadolinium complex. Also, it has similar relaxivity with gadolinium complex.

3. CEST & Para CEST

the CEST and ParaCEST are MRI scanning method by using chemical exchange of exchangeable proton with in vivo bulk water proton. the chemical exchange of saturated in vivo proton result in fractional water signal reducing. this water signal reducing could be differed according to pH or temperature. Some of the molecules that have been proven to work as potential agents are small diamagnetic molecules, complexes of paramagnetic ions, endogenous macromolecules, dimers and liposomes. CEST uses diamagentic substance which has a short chemical shift range, 0~12 ppm. However, ParaCEST uses the paramagentic complex, like Eu, Tb complex to obtain the chemical exchange with water proton and it has the relatively long chemical shift range, ~100 ppm. CEST or ParaCEST effect can be differed according to chemical structure of such a agents.

자기공명영상은 비침습적 진단 장비로 CT, PET, SPECT와 비교시 높은 해상도의 3차원 해부학적 영상을 제공합니다. 인체 내 물 분자를 이용하여 영상을 만들어내는 자기공명영상에서는 물 분자가 존재하는 환경에 따라 서로 다른 신호 강도를 보이며, 조직 간의 신호 차이, 즉 신호 대조도가 클수록 조직의 해부학적 영상의 질이 향상 되는 효과가 있습니다. 다른 영상 진단 장비에 비하여 낮은 신호 감도를 가진 자기공명영상은 조영증강제(일명 조영제)를 사용하여 더 큰 영상 대조도를 얻고 있으며, 이때 높은 상자성 성질을 통해 효과적으로 영상 대조도 증강을 나타낼 수 있는 가돌리늄 착물을 보편적으로 사용하고 있습니다.
이러한 자기공명영상 조영증강제는 촉매제로 작용하여 인체 내 물 분자의 에너지 완화를 빠르게 하는 역할을 하며 조영증강제 투여 전에 비하여 밝거나 어두운 영상을 얻게 하여 조직 및 병변을 더욱 쉽게 구분할 수 있도록 합니다.

현재 까지 개발된 상용 조영증강제들은 주사 후 빠르게 세포 외액으로 배출되는 ECF 조영제들이 주를 이루고 있으며 이들 ECF 조영제가 갖지 못한 다양한 기능(장기 특이적 조영증강 효능 등)을 가지는 조영제를 개발하기 위하여 여러 방향으로의 연구가 진행 중입니다.
최근 자기공명영상 조영제 연구에서는 다양한 특성을 나타내는 'Targeting agents', 'Manganese agents', 'Chemical exchange saturation transfer (CEST)', 'Paramagnetic CEST (para CEST)', 'Lanthanide complex MRI contrast agent' 등의 분야에서 개발이 이루어지고 있습니다.

 

1. Targeting agent

Organ-specific, Blood-pool, Cancer-specific, Inflammation-specific 등 다양한 형태와 기능을 가지는 표적성 조영증강제가 개발되어 왔으며, 상용 Organ-specific 조영증강제로는 친지질성의 기능기를 가지는 간 조영제가 있습니다. 또한 정맥 주사 후에 혈관에 비교적 오랜 시간 머물며 복부 대동맥 및 기타 혈관을 강하게 조영증강시키는 Blood-pool 조영증강제는 혈관 내 단백질인 Serum albumin과 강하게 결합하여 혈관 조영 효과를 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 또한 조영증강제가 암세포 및 종양에 표적성을 가지는 marker를 기능기로 가지고 있다면 암 표적성 조영 효과를 가지는 진단용 MRI 조영증강제로서 역할을 하게 됩니다.

2. Manganese agent

최근 새로운 망간 착물들이 가돌리늄을 대체할 자기공명영상 조영증강제로 개발이 되고 있습니다. 가돌리늄에 비하여 낮은 생체 독성을 가진다는 장점이 있으며 조영증강제의 효율을 나타내는 relaxivity 또한 망간 착물의 화학적 구조에 따라 가돌리늄 착물의 relaxivity와 유사한 값을 나타내어 효과적 영상 대조도를 얻는 장점이 있어, 조영증강제 개발 분야에서는 이에 대한 연구가 활발히 진행 중입니다.

 

3. CEST & ParaCEST

CEST와 ParaCEST는 교환 가능한 양성자와 생체 내 벌크 물의 양성자의 화학적 교환을 이용한 MRI 스캐닝 방법입니다. 포화된 생체 내 양성자의 화학적 교환은 물 분자의 신호 감소를 나타내게 합니다. 물 신호의 감소는 pH 또는 온도에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 CEST, ParaCEST 조영증강제로서는 diamagnetic 저분자 착물, paramagentic 저분자 착물, 나노 약물 전달 스시템, dimer 및 리포좀 등의 형태로 디자인될 수 있습니다. CEST는 chemical shift 범위가 0 ~ 12 ppm 인 diamagnetic 물질을 사용합니다. 이와는 달리, ParaCEST에서는 물 양성자와의 화학적 교환을 얻기 위해 Eu, Tb 복합체와 같은 paramagentic 착물을 사용하며, chemical shift 범위가 ~ 100 ppm 인 상대적으로 긴 화학적 이동 범위를 가지고 있습니다. CEST 또는 ParaCEST 효과와 가능은 조영증강제의 화학적 구조에 따라 다를 수 있습니다.