酶诱导的MRI/OI磁性量子点聚集体用于癌症的早期精准诊断

Accurate early diagnosis is crucial to the treatment of cancer. Magnetic resonance/optical dual-modal imaging (MRI/OI) is a diagnostic technique with high-sensitivity and high-resolution imaging in vivo, and has broad applications in scientific research and clinical diagnosis. γ-glutamyltranspeptidase (GGT) is an important biomarker for the diagnosis of specific cancers, which promotes the progression, invasion, and drug resistance of tumor through the modulation of intracellular redox metabolism. In this project, based on a smart click condensation reaction, monodisperse small polypeptide magnetic QDs can be covalently linked to form large-sized magnetic QDs aggregation in situ under the induction of GGT. Magnetic QDs aggregation can increase the local concentration and the retention time of QDs, thereby significantly improving the sensitivity of MRI/OI and achieving accurate early diagnosis of specific GGT-related diseases and cancer. The research of this project will provide a new strategy for the development of MRI/OI and a research basis for early accurate diagnosis of cancer.

精准的早期诊断对于癌症的治疗至关重要。核磁共振/光学双模态成像（MRI/OI）是一种可以实现体内高灵敏度和高分辨率成像的诊断技术，在科学研究和临床诊断上有广阔的应用前景。γ-谷氨酰转肽酶（GGT）是一种可以用于特异性癌症诊断的重要生物标志物，通过调节细胞内氧化还原代谢促进肿瘤的发展、入侵和耐药性。本项目基于一种智能的点击缩合反应，在原位GGT的诱导下,单分散的小颗粒多肽磁性量子点（QDs）可以通过共价键连接形成大尺寸的磁性QDs聚集体。磁性QDs聚集体可以提高QDs的局部浓度，延长停留时间，从而显著提高MRI/OI的灵敏度，实现特异性的GGT相关疾病和癌症的早期精准诊断。本项目的研究将为MRI/OI的发展提供新策略，为癌症的早期精准诊断提供研究基础。

在疾病或癌症的发生、发展过程中，往往伴随着组织和体液中一些生物标志物（包括蛋白质、多肽和核酸等）的水平异常。在活体上对这些生物标志物的精准检测，对疾病或癌症的早期诊断具有重要意义。然而，在疾病或癌症发生的早期阶段，生物标志物的含量往往很低。由于生物环境的复杂性，活体内生物标志物的表达和分布也具有动态变化的特征。这对生物标志物检测的灵敏度、特异性和实时性提出了很大的挑战。本项目以激活型分子影像探针的构筑与多模态活体成像分析为主线，围绕疾病或癌症相关的生物标志物的精准检测，构建了激活型小分子探针，成功地在细胞和小鼠上开展了高灵敏和高特异的成像分析。其中，在Anal. Chem.上发表的主要成果一设计了一种线粒体靶向的近红外探针用于小鼠腹部炎症模型中H2O2的荧光/光声双模态成像分析。在Anal. Chem.上发表的主要成果二发展了两个组织蛋白酶B可激活的荧光/光声小分子探针，实现了活体内组织蛋白酶B的高灵敏双模态成像。在Biosens. Bioelectron.上发表的主要成果三设计了两种caspase-1特异性激活的荧光探针，用于实时监测包括炎症性肠病，细菌感染以及关节炎在内的三种炎症疾病过程中的炎症小体激活。此外，这些疾病或癌症相关的生物标志物也可以作为疾病或癌症治疗的潜在靶点。本项目在多模态活体成像分析的基础上，构建了以生物标志物为靶点的激活型药物前体，实现了药物对肿瘤的靶向治疗能力，有效地改善了药物的治疗效果。其中，在Biomater. Sci.上发表的主要成果四设计了一个连续的自组装和解组装策略，可以在炎症区域局部富集和缓慢释放姜黄素，从而有效缓解炎症性肠病。在Chem. Commun.上发表的主要成果五设计了一种姜黄素前药，借助于肿瘤靶向和原位释放，可有效提高肿瘤的治疗效果。这些激活型分子探针和药物前体有望为疾病或癌症的早期诊断、特异性治疗和疗效评估提供新方法。