双模态探针引导智能基因精准治疗系统的研究

There are defects in tumor gene therapy such as the low-efficiency gene release, express and poor security precision, thus difficult to achieve efficient tumor gene therapy. This project will combine the intelligent macromolecule gene release express technology with the optical cell apoptosis technology, use the independent research and development of dextran grafted octadecanol/nitro benzyl disulfide generation cationic polymer, load upconversion nanocrystals and photosensitive non-toxic protein (Cry2-Bax )gene, build a kind of dual-model probe guided smart gene precise treatment system. The system use the reduction of sensitive and light sensitive effect to regulate the combination of delivery system and gene, achieve the high-efficiency release express of therapeutic gene in tumor tissues and cells; Utilize magnetic resonance imaging (MRI) and near-infrared fluorescence dual-modality probe to visual guide near-infrared light to selectively irradiate tumor tissue, and make the conformation of photosensitive non-toxic protein(Cry2-Bax) in tumor cells to change, convert to promote apoptosis function protein, activate cell apoptosis pathway, realize the selective inducing tumor cell apoptosis, avoid damage to normal cells. And through a series of security, stability, light-controlled cell apoptosis experiments and breast cancer in nude mice model treatment experiments to verify the actual effect of the system, realize the high-efficiency release express of therapeutic gene and the accurate treatment of tumor.

肿瘤基因治疗中存在基因释放表达效率低和安全精准性差的缺陷，因而难以实现有效的肿瘤基因治疗。本项目拟将智能高分子基因释放表达技术与光控细胞凋亡技术有机结合，采用自主研发的葡聚糖接枝二硫代十八醇/硝基苄基阳离子双亲性聚合物，负载上转换纳米晶及光敏无毒蛋白（Cry2-Bax）基因，构建出一种双模态探针引导智能基因精准治疗系统。利用还原敏感和光敏感效应调控递送系统与基因的结合性，实现治疗基因在肿瘤细胞内的高效释放表达；利用磁共振和荧光双模态探针可视化引导近红外光选择性照射肿瘤组织，使被照射肿瘤组织细胞中的光敏无毒蛋白（Cry2-Bax）发生构象变化，转化为促细胞凋亡功能蛋白，从而激活凋亡通路，实现选择性诱导肿瘤细胞凋亡，避免对正常细胞造成损伤。并通过一系列安全性、稳定性、光控细胞凋亡实验及乳腺癌裸鼠模型治疗实验，验证该系统的实际功效，最大程度地实现治疗基因的释放表达和肿瘤的精准治疗。

本项目将智能基因释放表达技术与光控细胞凋亡技术有机结合，构建出一种双模态探针引导智能基因精准治疗系统.单纯的 UPLNs@mSiOz上转换长余辉纳米探针具有较好的长余辉和上转换成像功能，可用于动物的双模态成像。当上转换长佘辉纳米颗粒装载了光热药物 ICG 以后，不但具有长余辉和上转换双模态成像的功能还有具有 808 nm 近红外光激发的光热性能。在细胞水平，通过检测内源和外源自噬流标志物 LC3 蛋白的含量，当给予细胞细胞自噬诱导剂雷帕霉素(RAPA)或“纳米光遗传”系统处理(post-light)后，在细胞质内明显观察到 LC3-EGFP 成团簇状分布，证明设计的“纳米光遗传”系统能够在体外精准调控细胞自噬。在小鼠体内利用808 nm 激光照射 (UPLNS+ICG) @mSio上转换长余辉纳米复合颗粒后，可以产生一定的光热治疗效果；肿瘤微环境中，炎症因子 IL-6、IFN-γ及 IL-2 的含量经处理均显著性提高，证明在治疗过程中，能够引发肿瘤微环境炎症因子的上调,能够有效抑制肿瘤生长，可实现精准的肿瘤治疗.此外，纳米光遗传”系统(NIR+UCRs capsule)不会导致显著的细胞凋亡，说明本项目构建的“双模态探针引导智能基因精准治疗系统”有较好的在体安全性和稳定性，适用于临床应用。