过氧亚硝酸盐激活型上转换纳米探针的构建及其荧光/光声双模态成像应用研究

Cancer is one of the biggest threats to human health. Early diagnosis of cancer is key to successful treatment, therefore, the development of highly sensitive probes to detect cancer marker is of significant clinical application value. In this project, with rare-earth upconversion nanoparticles acting as carriers, we propose to design and synthesize a series of peroxynitrite (ONOOˉ)-activate near-infrared organic molecular fluorescence/photoacoustic dual-modal probes, which linked to the carriers through covalent bonds. The obtained complexes are further coated with amphiphilic polymers to acquire the final nanoprobes. Then, sensitivity, selectivity, stability, water-solubility, targeting ability, and toxicity of the nanoprobes will be investigated systematically to illustrate the mechanism underlying imaging and evaluate their application potentials. Furthermore, performances of probes in cancer treatment will be assessed based on biological experiments in vitro and in vivo, which may provide innovative and effective strategies to help the prevention, diagnosis, and treatment of cancer. Taking advantage of the integration of chemistry, material and biological sciences, this project can not only enrich the theoretical basis of the construction of activated upconversion nanoprobes but also provide some reference for the development of other activated nanoprobes, which is of great scientific significance and has promising application prospect.

癌症是严重危害人类健康的重大疾病之一。癌症的早期诊断对其治疗有十分重大的意义，因此开发设计高灵敏度探针确定癌症标志物具有重要的临床应用价值。本项目拟以808 nm光源激发稀土上转换纳米粒子为载体，设计、合成及加载过氧亚硝酸根(ONOOˉ)响应型近红外有机小分子荧光/光声双模探针，并用两亲性聚合物包裹以获得对肿瘤标志物ONOOˉ的高效、准确及安全检测，为肿瘤诊断提供更加精确而全面的信息。通过系统研究一系列稀土上转换纳米探针的灵敏性、选择性、稳定性、水溶性、靶向性及毒性等，阐明纳米探针的成像机制并评估其应用潜力，进一步通过体内外生物实验评估上转换纳米探针对肿瘤诊疗的性能，为肿瘤的预防、诊断和治疗提供新的思路和策略。通过学科交叉融合，本项目不仅可为激活响应型上转换纳米探针的构建提供理论基础，而且为研究其他激活型纳米探针提供借鉴性思路，具有重要的科学意义及实际应用发展前景。

癌症是严重危害人类健康的重大疾病之一。癌症的早期诊断对其治疗有十分重大的意义，然而早期的癌症病灶体积小而且形态多样性，很难在发病初期精确诊断出癌症，耽误患者最佳治疗时期。分子成像技术在癌症的诊断与治疗中具有不可替代的优势技术，目前，基于小分子探针、纳米材料等在生物荧光/光声双模成像中得到了很好的应用。但是依然存在疾病部位与正常组织之间的信噪比低的问题，并解决现有纳米探针所面临的低灵敏度，存在“假阳性”检测结果等技术瓶颈，因此开发设计高灵敏度激活型探针确定癌症标志物具有重要的临床应用价值。本项目设计合成了一系列基于新型检测癌症相关的荧光探针，系统开展了通过荧光成像探针检测细胞及组织内重要生物分子的分析研究工作，基于该平台创建了β-半乳糖苷酶、碱性磷酸酶和次氯酸等肿瘤相关标志物荧光探针，实现了对早期肿瘤高效、准确及安全检测，为肿瘤诊断提供更加精确而全面的信息。此外，早期肿瘤微环境具有炎症表现，因此，我们也从分子层面进一步深入研究早期肿瘤发生发展机制，研究表明硫化氢具有抗炎作用，因此我们通过设计巯基氨基酸激活型荧光探针分子硫化氢供体对肿瘤相关炎症进行诊断与抗炎治疗，为早期肿瘤的预防、诊断和治疗提供新的思路和策略。基于上述实验结论，本项目可为激活响应型探针的构建提供理论基础，而且为研究其他激活型探针提供借鉴性思路，具有重要的科学意义及实际应用发展前景。