PRL-3靶向的上转化纳米颗粒用于脑胶质瘤及微小转移灶成像的分子影像学研究

Metastasis is a prominent malignant behavior of cancer and contributes to treatment failure and cancer related death. In glioblastoma(GBM), the most common primary malignancy in central neural system, clinically undetectable metastases are commonly existing and resulting in unthorough surgical resection or incomplete radiation coverage, which further aggravates patients’ prognosis. Therefore, early detection and precise localization of these minor metastases could optimistically improve the treatment results and prognosis. Molecular imaging has become an important tool in cancer diagnostic researches with high-resolution, high specific and quantifiable images. With specifically designed probe, targets reflecting related bioinformation could be dynamically monitored and imaged. Based on our previous study that minor gastric cancer metastases were successfully imaged, we propose to establish a new upconversion nanoparticle based, GBM minor metastases targeting probe in the present project. Metastatic GBM cells highly expressed PRL-3 will be used as target and lactoferrin will be used to facilitate the probes going through the blood brain barrier(BBB). We will utilize magnetic resonance imaging and optical imaging modalities to validate the probe’s specificity and sensitivity on in vitro cells models, in vivo animal GBM orthotopic tumor models and clinical samples. In this way, we will explore the feasibility and potential value of the newly designed probe in GBM minor metastases detection and diagnosis.

转移是恶性肿瘤的重要生物学特征，也是导致治疗失败、患者死亡的主要原因。中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤—胶质母细胞瘤（GBM），通常存在临床影像学手段无法检测的微小转移灶，导致手术/放射治疗不彻底，严重影响患者预后。因此，及早发现并准确定位微小转移灶，对提高GBM治疗效果、改善预后意义重大。分子影像可以实时动态地对特定分子显像，提示相关生物学信息，具有分辨率高、特异性强、结果定量等优点，已成为肿瘤诊断研究的重要手段。为实现GBM微小转移灶特异性成像，本课题拟在前期实现胃癌微小转移灶成像基础上，利用上转化纳米颗粒体系，以GBM微转移灶高表达的PRL-3为靶点、辅以增强探针穿越血脑屏障（BBB）的乳铁蛋白，制备可通过核磁共振/光学双模态成像显示GBM微小转移灶的分子探针，在细胞、动物原位模型以及临床病理标本验证探针成像的特异性与灵敏度，探讨其用于GBM微小转移灶诊断的基础与转化应用价值。

胶质母细胞瘤（GBM）是中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤，常用临床影像学手段无法准确标定肿瘤界限及在早期发现微小转移灶，导致手术/放射治疗范围欠缺，严重影响患者预后。因此，准确界定肿瘤范围并定位微小转移灶，对提高GBM治疗效果、改善预后意义重大。分子影像可以实时动态地对特定分子显像，提示相关生物学信息，具有分辨率高、特异性强、结果定量等优点，已成为肿瘤诊断研究的重要手段。为实现GBM特异性成像，本课题以GBM高表达的PRL-3为靶点、辅以增强探针穿越血脑屏障的乳铁蛋白，成功制备了可通过核磁共振/光学双模态成像显示GBM病灶的分子探针，探针水合粒径为89.6±10.1 nm，在521 nm、541 nm及655 nm处分别有3处激发荧光，细胞及在体毒性实验表明探针具有良好的生物相容性。细胞学实验表明，探针浓度为0.05-0.1 mg/mL时，可在维持血脑屏障完整性的基础上，增加跨膜转运，当探针浓度增加至0.3mg/mL时，出现血脑屏障破坏；当探针与PRL-3表达水平不同的胶质瘤细胞孵育时，PRL-3高表达的肿瘤细胞具有显著增强的荧光与MR信号，其信号强度为对照组4倍以上。通过动物研究，我们发现探针具有在体穿透血脑屏障的能力，其在海马部位的聚集更为显著，局部探针信号强度提高约25%；在体原位肿瘤成像研究表明，探针可以显著提高肿瘤成像信号，清晰显示肿瘤边界。本课题的实施，成功制备了具有双重生物学功能（特异性识别肿瘤、增强血脑屏障穿透能力）的多模态（光学、磁共振）分子影像探针，为实现GBM精准成像提供了新型工具；研究还将传统需要有创性操作才能完成的特定分子成像，通过分子影像学手段实现无创、实时、动态监测，具有进一步推广并实现“在体分子诊断”的潜在可能。