荧光/光声双模式智能纳米探针检测肿瘤中的基质金属蛋白酶活性研究

While cancer is a devastating fetal disease, the management of cancer including effective monitoring of disease progression remains a challenge. The five-year survive rate of cancer patients is still low. One of these reasons is the lacking of early diagnosis and in-time therapy. Molecular imaging facilitates tumor early diagnosis and therapy response monitoring. Photoacoustic tomography is a rapidly growing imaging modality which combines optical and ultrasound imaging in such a way that the result is a modality with characteristics superior to each of the component imaging techniques. As a molecular imaging modality that offers both high spatial resolution and high contrast, photoacoustic tomography utilizes endogenous as well as exogenous light absorbers as entities providing the optical contrast in biological tissues.Intensive researches have been putting on designing photoacoustics imaging instrument and photoacoustics probes and so on. Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of zinc-dependent endopeptidases that consist of 24 human MMPs, six of which are membrane bound. It plays an important role in cancer that involves in tumor invasion, migration and angiogenesis. In numerous studies, expression of MMPs has been shown to be related to invasive phenotype and metastatic potential of tumor cells. Inhibition or down-regulation of MMP expression signaificantly slow down the development of cancer. Activatable probes, the so called "smart probes" are keeping a quenching state, while boost strong signals only in the presence of a specific target,have not yet been reported for photoacoustic imaging. They demonstrate specificity and sensitivity superior to that of the probes that provide signal regardless of interaction of probe with the target. Herein, we proposed the design and evaluation of a photoacoustic smart probe that provides a target-dependent photoacoustic signal and enables visualization of the signal only in the presence of the target of interest, for exapmle MMPs.Our nano-plateform can be simply extended to detect the other proteases activity by changing the peptide substrate in the system.

尽管现代医学诊断水平不断提高，肿瘤患者的5年生存率和生活质量的提高仍不理想，原因之一是缺乏能获得早期肿瘤组织病理、生理、生化代谢改变等信息的探测技术。新兴的光声成像技术结合了荧光成像和超声成像的优势，具有高分辨率，高敏感性，无放射性和易用性等特点，在肿瘤诊断和治疗监测中的应用研究越来越受到国内外学者的重视，进一步开拓的潜力不可小视。截止到当前，智能光声探针的开发仍处于初级阶段，以纳米材料为基础的智能光声探针尚未见报道。 蛋白酶已经被证明与多种疾病密切相关，基质金属蛋白酶家族由于其对细胞外基质的水解能力而受到关注。在多种蛋白酶可视化研究基础上，申请人提出构建以不同纳米材料为基础的光学/光声双模式纳米智能探针，此平台融合了光学成像和光声成像的优势，有助于进一步明确基质金属蛋白酶在肿瘤中的作用。本研究设计同样可用于其他蛋白酶的检测。本研究将促进光声成像技术在肿瘤影像中的应用。

尽管现代医学诊断水平不断提高，肿瘤患者的5年生存率和生活质量的提高仍不理想，多种临床数据表明早期诊断和及时的治疗干预是肿瘤治疗的有效手段。新兴的光声成像技术结合了荧光成像和超声成像的优势，具有高分辨率，高敏感性，无放射性和易用性等特点，在肿瘤诊断和治疗监测中的应用研究越来越受到国内外学者的重视。申请人在本研究中构建了以不同纳米材料为基础的光学/光声双模式纳米智能探针，此平台融合了光学成像和光声成像的优势，进一步明确了基质金属蛋白酶在肿瘤中的作用。此外，在以基质金属蛋白酶为靶点的研究基础上，申请人课题组进一步利用纳米技术，对不同类型肿瘤设计制备了由肿瘤内部酶促释放的纳米药物递送体系，对肿瘤实现了靶向的化疗，光动力治疗和光热治疗，并利用PET技术对肿瘤的治疗效果进行了监测，为进一步研究此类纳米药物递送系统打下了坚实基础。. 在靶向基质金属蛋白酶智能光声探针制备方面，本团队利用Cy5.5标记的基质金属蛋白酶底物多肽修饰CuS制备了能够在肿瘤内部通过光声信号变化反应基质金属蛋白酶活性的纳米探针，通过对比基质金属蛋白酶作用与此探针前后的荧光信号比，我们利用光声手段成功监测到了肿瘤内部的基质金属蛋白酶表达活性，为评估基质金属蛋白酶在肿瘤发生发展过程在的活性变化，评估靶向基质金属蛋白酶的药物活性和监测疗效打下了良好的实验基础。透明质酸纳米颗粒（HANP）作为药物载体在医药领域备受关注是因其具备有肿瘤的双靶向性-主动和被动靶向。在此基础上，申请人课题组通过设计合成一系列HANP复合物，包括CuS，紫杉醇，光敏剂等在体外细胞实验和体内小动物上进行化疗、光热和光动力进行研究，通过条件不同纳米复合物的制备和修饰条件，HANP展示出低毒性、良好的生物相容性、靶向性和治疗效果。本研究证实了HA作为纳米载体增强的肿瘤靶向能力，并借助肿瘤部位活化的透明质酸酶实现靶向药物释放。综上，申请人创新性发展、优化了一系列高灵敏的光学、光声智能分子影像探针，显著提高细胞、分子成像示踪监测的精准性；设计构建了新颖的诊疗一体化多功能纳米影像探针，实现了肿瘤靶向药物传递及实时无创影像监测示踪，拓展了分子影像在纳米药物开发中的疗效评估应用，优化了肿瘤光热治疗方法并增强了治疗效果，为推进个体化诊疗模式提供了新的思路和手段，促进了纳米药物的临床转化可能。