生物条形码标记纳米探针体内检测肿瘤酶的研究

Detection of dysregulated protease activity in tumor has become increasingly important tools for clinical diagnosis of cancer. Thus, novel strategy for in vivo detection of tumor related protease activity with high specivicity and sensitivity is highly desired for early cancer diagnosis in clinic. In this proposal, we will develop a series of smart probes composed of biocompatible magnetic iron oxide nanoparticles, phosphorothioate oligonucleotide barcode and peptide substrates. The resultant probes can passively accumulate in tumor tissues and specifically interact with tumor related proteases. After cleavage by active proteases, thousands of oligonucleotide-encoded peptide fragments will be released and concentrated into the host urine as tumor biomarkers for qualitative and quantitative analysis by fluorescence spectrometry. By using biobarcode and microarray technologies in this project, it will greatly improve the specificity and sensitivity for multiplex tumor related proteases detection. The sucessful completion of this project would provide new insight into early diagnosis of tumor, study of pathophysiological processes and therapeutic evaluation in clinic.

肿瘤酶活性的检测已经成为临床上癌症诊断的一个重要的参考指标。发展能够在生物体内特异性和灵敏性检测肿瘤酶活性的新方法对于癌症的早期诊断与治疗具有重要的临床意义。本项目将以肿瘤的早期诊断为导向，以生物相容磁性氧化铁纳米材料为载体，构建能够在生物体内检测肿瘤酶的硫代寡核苷酸（Oligonucleotide）条形码标记智能纳米分子探针。生物相容纳米颗粒能够靶向输送探针至肿瘤部位，延长其在肿瘤区域的滞留时间，促使探针与肿瘤酶之间高效的作用，使得酶解产生的寡核苷酸条形码标记的多肽片段在动物尿液中积聚，间接放大肿瘤酶的活性信号。最后，利用微阵列（Microarray）生物芯片检测技术对动物尿液中积聚的条形码多肽片段进行荧光定性和定量分析，实现对生物体内多种肿瘤酶活性信号的体外读取和联合检测，揭示肿瘤发生、发展和转移的全过程。该项目的完成有望为肿瘤的早期诊断、发病进程研究及预后评估提供新的思路和方法。

癌症是导致人类死亡的主要疾病之一。如何攻克癌症目前仍然是一个全球性的医学难题。本项目以肿瘤的早期诊断与精准治疗这一关键科学问题为导向，以提高恶性肿瘤的诊疗灵敏度与精准性为目标，通过科学设计和构建了一系列特异性靶向肿瘤的新型多模态、多功能分子影像探针，开展活体层面的肿瘤精准诊疗及诊疗一体化研究；利用现有先进的临床医学影像技术，发展了智能化分子影像探针在肿瘤早期诊断中的应用新方法和药物靶向运输及精准治疗的新策略，从多方位，多层面对肿瘤的诊疗效果及相关生物机制进行了系统性研究，开发出数个在临床癌症早期诊断与精准治疗中具有较大应用潜力和前景的新型分子影像探针，为人类攻克癌症提供了新的科学依据和技术方案。. 主要科学发现有：（1）首次发展了一种光介导金纳米颗粒在体自组装的新技术，成功地应用于了小动物活体内肿瘤的光声、电子计算机断层扫描（CT）成像以及光热与放射增敏治疗，实现了活体乳腺癌的诊疗一体化。该技术有望为临床提供一种高效的肿瘤诊疗新策略；（2）基于肿瘤微环境特征因子（如弱酸环境、强还原性和肿瘤特征酶等）研发了一系列高灵敏、多模态的肿瘤分子影像探针，为肿瘤的早期诊断与高效治疗提供了新方案。部分探针成功地应用于临床胃癌病人组织的快速、准确体外诊断研究，在区分正常组织和癌变组织表现出良好的效果，具有用于临床辅助快速诊断肿瘤的极大潜力和应用前景，有望产生较大的社会和经济效益；（3）基于超小氧化铁纳米材料成功构建了具有核磁共振成像（MRI）、单光子发射计算机断层成像术（SPECT）和光声成像（PAI）等多模态成像及光热治疗功能的新型肿瘤纳米分子探针，显著提高了在体肿瘤成像的灵敏度和准确性，为临床肿瘤的早期精准诊断提供了新思路和新技术。