基于纳米氧化石墨烯的放射性多模式分子影像探针的研究

Due to the complexity of cancer and high sensitivity of nuclear imaging, the nanomaterials-based radiolabeled multimodality molecular imaging probes (M3IP) are expected to be most beneficial to earlier and more accurate diagnosis of cancer. For such M3IP at present, there are many disadvantages including the too long imaging period, potential toxicity, and using difficultly available radionuclides, etc. Nano grapheme oxide (NGO) is a new carbon-based material, and our and other preliminary studies found that PEGylated (Polyethylene glycol) NGO with no toxicity and strong EPR effect (Enhanced permeability and retention effect) is an ideal tumor M3IP carrier with the huge advantages. However, there are no studies about NGO-based M3IP by so far. Therefore, through the multi-factor optimization of the composition and nature of NGO derivatives, this project is about to use conventional radionuclide 18F and 131I to label the most optimal candidate according to the tumor targeting and in vivo behavior, and thus to build the new radioactive M3IP with "within one-day imaging" capability. Moreover, we combine the nuclear/CLI imaging characteristics of the radionuclide to develop CT-based new imaging modality nuclear/CLI i.e. PET/CT/CLI and SPECT/CT/CLI. This is aimed to realize the total-solution imaging from the cells, tissues, in-vivo whole body, and also before/during/after tumor surgery, and thus to provide a simple new idea to guide the tumor diagnosis and treatment, and to strengthen the values of nuclear techniques in medicine.

由于癌症的复杂性与核素成像的高灵敏度，基于纳米材料的放射性多模式分子影像探针(M3IP)非常有利于癌症早期和更准确诊断。但是此类M3IP存在很多缺点，例如显像周期长、潜在毒性大、所用核素不易获得等。纳米氧化石墨烯(NGO)是新型碳基材料，我们和其它的研究发现，PEG(聚乙二醇)化NGO无毒、EPR效应高，是理想的肿瘤M3IP载体。然而，至今尚无基于NGO的放射性M3IP研究。本项目旨在通过优化NGO体系的组成与性质，利用常规核素18F和131I进行标记，构建 "一天内"快速显像的新型肿瘤靶向放射性M3IP。而且，我们将结合核素固有的核射线与CLI成像原理，发展基于CT的核/CLI即PET/CT/CLI和SPECT/CT/CLI显像新方法，实现细胞、组织和活体及肿瘤术前/中/后的"无缝式"成像功能，从而为指导肿瘤诊治提供新方法、为增强核技术的医学贡献奠定基础。

由于癌症复杂性与核素成像高灵敏度，基于纳米材料的放射性标记多模式分子影像探针(M3IP)在癌症显像诊断和治疗中具有重要的作用与价值。因此，我们向功能化NGO体系中引入核素、MR顺磁元和荧光团等信号，构建用于癌症的诊断和治疗的多模式分子影像探针，发展基于多模式分子影像(SPECT/CT、CLI、MRI、光学)的新型诊疗一体化纳米药物体系。本项目的研究主要包括以下几个方面：.1. PEG化纳米氧化石墨烯的尺寸可控制备、表征与体内外生物学性质评价：采用改进后的Hummers法，通过改变反应条件和和不同粒径的石墨为原料，制备出了尺寸可控、不同大小的NGO，即小于50nm的小尺寸nGO、在50~100nm之间的大尺寸NGO；经过核素/荧光标记，在细胞和活体动物体内，利用光学显像和SPECT/CT显像，定性和定量地研究了PEG化NGO纳米复合物尺寸大小的生物学效应，对发展基于GO的纳米药物体系具有重要的参考价值。.2. PEG化纳米氧化石墨烯的体外载药与抗癌性能评价：发展了物理吸附法和化学共价法，建立了NGO的负载抗癌药物体系，发现前者的载药率较高，对于相同药物浓度和相同的作用时间，前者抗肿瘤性能更强。.3. 基于PEG化纳米氧化石墨烯的淋巴结SPECT/MRI/光学多模式分子影像：发展了无螯合剂法，建立了99mTc直接标记和Gd3+直接键合PEG化纳米氧化石墨烯的快速制备方法，研究它们的淋巴结SPECT/CT和MRI分子影像；同时利用共价键合法制备荧光分子修饰的nGO-PEG，研究了淋巴结的光学分子影像及其导航手术切除，证明探索SPECT/CT和MRI显像及其导航的淋巴结切除手术的重要性。.4. 基于生物分子修饰/PEG化纳米氧化石墨烯的肿瘤SPECT/MRI/光学多模式分子影像：发展了无螯合剂法，建立了生物分子修饰/PEG化纳米氧化石墨烯与99mTc直接标记和Gd3+直接键合的快速制备方法，研究它们的肿瘤靶向性SPECT/CT和MRI分子影像；同时制备125I标记和荧光分子修饰的nGO-PEG体系，研究了肿瘤的光学和SPECT/CT分子影像，提供了多种方式的肿瘤显像。.5. 核素切伦科夫发光(CLI)分子影像与CLI体内诱导肿瘤光热治疗：利用核素CLI，研究了淋巴结的CLI显像及其导航手术切除，同时将CLI作为体内辐照光源，研究了CLI诱导的肿瘤光热治疗。