碳量子点/金属卟啉体系的构建及其生物成像和肿瘤治疗研究

Here, we strategically design the carbon quantum dots /metal porphyrins system to acquire the novel nano-based PDT photosensitizers. The metal porphyrins synthesized could improve the efficiency of photodynamic therapy of cancer by heavy atom effect or cooperative effect of anti-tumor chemotherapy agents. In this system, the carbon quantum dots serve as effective carriers for drug delivery because of their low toxicity, high aqueous solubility and good biocompatibility. Furthermore, the carbon quantum dots with highly tunable photoluminescence and exceptional two-photon excitation property, combined with the targeting molecular and metal porphyrins can provide unprecedented opportunities for bioimaging and targeted photodynamic therapy of tumor, allowing simultaneous visual monitoring of releasing kinetics. The optical imaging-guided tumor therapy will open the new avenues for study of oncogenesis and development of tumor within living animals, and greatly enhance the sensitivity and specificity of early diagnosis and treatment of patients with cancer.

基于碳量子点毒性低、水溶性和生物相容性好等优点，将金属卟啉类光动力治疗药物与之结合，制备出新型的纳米光敏药物；拟合成的金属卟啉或通过重原子效应或与化疗药物协同作用来提高肿瘤疗效；通过巧妙的设计，简单、高效地构建碳量子点/金属卟啉体系；通过合理的路线，将肿瘤靶向分子引入碳纳米结构，利用碳量子点同时作为金属卟啉和肿瘤靶向分子的载药系统，并结合其优良的双光子吸收和发光性能实现集肿瘤靶向、双光子诱导荧光成像和治疗于一体的多功能给药体系，为在活体动物内研究肿瘤发生与治疗的分子机制、建立光学成像引导的肿瘤治疗方法开辟新途径，将大大提高肿瘤早期诊断和治疗的灵敏度和特异性。

碳量子点是一类新型的荧光纳米材料，具有良好的水溶性和生物相容性、优异的荧光性质等特点，在生物医学成像与传感等领域表现出很大的应用潜力。卟啉及其衍生物是传统、成熟的抗肿瘤光敏药物。本项目将碳量子点的优势和卟啉化合物的抗肿瘤活性进行集成，通过多步法将卟啉分子共价或吸附到碳量子点的表面，或利用卟啉分子较高的热稳定性，采用一步法将卟啉分子嵌入碳量子点骨架，实现了碳量子点/卟啉复合物的制备。碳量子点/卟啉复合物的结构通过核磁、质谱、透射电镜、动态光散射等方法进行表征。与此同时，将叶酸、吲哚美辛、单克隆抗体等靶向分子键连到卟啉分子或碳量子点/卟啉纳米颗粒的表面，增强了其荧光成像和光动力治疗的选择性。测试并比较了不同结构的卟啉光敏剂或碳量子点/卟啉纳米材料的光物理学性质、单线态氧产率、光热效应、光声信号等，研究了卟啉分子或碳量子点/卟啉纳米体系在细胞内的分布、引起肿瘤细胞死亡的机制，并建立了纳米结构与抗肿瘤活性之间的关系，揭示了它们的抗肿瘤作用机理，为高效开发抗肿瘤碳点-卟啉复合物，提供了一系列基础性数据。该项目的研究成果为碳量子点的进一步应用提出了新的方法和思路，为肿瘤诊疗提供了新技术。该项目研究工作基本上按计划进行，取得了预期的研究成果，达到了预期的研究目标。相关研究工作共发表SCI 源刊论文22篇，较好的完成了项目研究任务。