自组装核酸量子点复合纳米材料的癌症诊疗一体化应用研究

This project will develop a novel strategy for cancer theranostics based on a class of self-assembled DNA-templated quantum dot nanocomposite. The near-infrared DNA-templated quantum dot nanocomposite is constructed via the unique biomineralization and self-assembly capabilities of nucleic acids molecules. Herein cancer cells with various phenotypes could be simultaneously imaged using highly luminescent multicolor quantum dots functionalized with DNA aptamers that exhibit high affinity and selectivity toward cancer cells;Meanwhile, cancer cells could be selectively treated with siRNA-based anticancer drugs. A multiplexed cancer theranostics technology will be establishedtowards personalized medicine. In this project nucleic acids aptamers and siRNA molecules will be self-assembled onto the DNA-templated quantum dots to form the nanocomposite with strong photoluminescence, high photostability, high selectivity, high biocompatibility, and high tumor penetration capability. Simultaneous breast cancer diagnostics and therapy will be conducted on cell and live animal level, and a cancer theranostics technology will be established for complexed tumor systems.

本项目拟发展一类基于自组装核酸量子点复合纳米材料的多元癌症诊疗一体化技术。通过核酸分子的生物矿化效应和自组装特性构建用于癌症诊疗一体化的近红外核酸量子点纳米复合材料。利用量子点的高强荧光特性、多色性以及核酸适配体的高特异性和高亲和性对具有不同分子表型的肿瘤细胞进行多元同步成像，同时利用量子点所携带的siRNA作为基因药物对不同肿瘤细胞进行针对性治疗，在此基础上实现针对个性化诊疗的多元癌症诊疗一体化技术。本项目将通过DNA自组装的方法将用于生物识别的核酸适配体分子和用于癌症治疗的siRNA分子与核酸量子点相复合，获得一系列具有高荧光光强、高稳定性、高特异性、高生物相容性以及高肿瘤穿透性的高性能核酸量子点纳米复合材料，在细胞和活体水平上对具有不同分子表型的癌细胞和肿瘤进行多元同步诊断与治疗，探索并建立针对复杂肿瘤体系的癌症诊疗一体化技术。

癌症诊疗一体化是实现癌症个性化治疗的理想方式。本项目构建多种量子点复合纳米材料，将其应用于高灵敏度肿瘤成像与同步治疗，并建立治疗效果评估体系。具体包括: (1) 构建基于量子点的三元分子信标，将其应用于肿瘤成像与光动力学治疗。(2) 构建基于量子点-金纳米卫星结构的响应型药物催化释放体系，以microRNA作为分子开关实现高选择性的癌症诊疗一体化技术。(3) 建立实时评估癌症化疗效果的分子影像技术，构建对给药后细胞凋亡过程中所产生的关键酶分子具有特异性响应的成像探针。(4) 建立用于癌症预后判断和治疗效果评估的循环肿瘤细胞超灵敏捕获与成像新方法，利用量子点-磁颗粒共聚物实现对循环肿瘤细胞的准确计数。我们通过四年的研究建立了较为成熟的研究体系，实现了高灵敏度高选择性的癌症诊疗一体化技术，为癌症的临床研究提供了新方法和新工具。