癌细胞溶酶体靶向的纳米诊疗探针构建及其疗效自监测过程的可视化研究

Aiming at the problems of unclear target, low theranostic efficiency and lack of therapeutic monitoring in cancer treatment, this project plans to develop new cancer cell lysosome-targeted theranostic strategies: utilizing biocompatible polymer or graphene oxide to incorporate drug and fluorescence diagnostic probe to construct theranostics nanoprobes, and are functionalized with folate for target-cell-specific recognition. The nanoprobes destruct the lysosomes of cancer cells via artemisinin-mediated free radical effect, the proton sponge effect of poly(ethylene imine) or near-infrared photothermal effect of graphene oxide, leading to lysosomal escape of cathepsins and drug to induce the apoptosis of cancer cells. In virtue of fluorescence imaging, the therapeutic self-monitoring can be achieved through monitoring the rupture of lysosomal membrane by pH-activatable fluorescent probe or in situ detecting the activation of caspase. Therefore, this project proposes a theranostic technique with the integration of targeted drug delivery, dynamic tracking, therapy and therapeutic monitoring, which paves the way for early cancer diagnosis and treatment and promotes the development of nanomedicine.

针对癌症治疗过程中存在的靶点不明确、诊疗效率低、缺乏疗效监控等问题，本项目拟发展以癌细胞溶酶体为靶细胞器的纳米诊疗新策略：以生物相容的聚合物或氧化石墨烯为载体集成药物和荧光诊断探针，并通过叶酸表面功能化具备靶向识别癌细胞的功能；通过青蒿素介导的自由基效应、聚乙烯亚胺的质子海绵效应及氧化石墨烯的近红外光热效应三种方式破坏溶酶体，使组织蛋白酶以及药物从溶酶体释放而诱导癌细胞凋亡；借助荧光成像技术，通过pH激活荧光探针监测溶酶体膜的破裂以及原位检测细胞凋亡蛋白酶的激活实现疗效的可视化监测，从而建立一种药物靶向输送、动态示踪、药物治疗和疗效监测一体化的诊疗技术，为癌症早期诊断与治疗监控提供新方法，并推进纳米医学技术的发展。

肿瘤是一种严重威胁人类健康和生命的疾病，肿瘤发现晚、治愈难是该病致死的重要原因，因此发展早期诊断与高效治疗技术对攻克肿瘤具有重要的研究意义。本研究以肿瘤细胞内的溶酶体为靶点，基于纳米多功能组装技术集成药物与成像探针用于靶向诱导溶酶体膜通透化及其过程监测，构建了若干种集早期检测、肿瘤细胞定位、药物准确投递及疗效监测于一体的诊疗体系：1. 利用叶酸功能化的酸敏聚合物胶束包载青蒿素与双酶激活荧光探针，靶向递送青蒿素至癌细胞溶酶体内，释放青蒿素，在亚铁离子的催化作用下生成自由基破坏溶酶体的膜结构，实现了溶酶体途径肿瘤细胞凋亡及其过程监测。2. 基于叶酸的靶向作用，纳米探针经过受体介导的内吞作用进入肿瘤细胞溶酶体，借助聚乙烯亚胺的质子海绵效应，使纳米探针的胶束结构被破坏释放出喜树碱和荧光共振能量转移（FRET）荧光肽，进而从溶酶体逃逸，诱导诱导肿瘤细胞凋亡。利用级联响应caspase-3切割FRET荧光肽引起供体和受体荧光比值的变化，实现疗效的可视化监测。3. 利用短肽RGD增强载药体系的主动靶向性，建立组织蛋白酶B敏感型药物可控释放体系提高对癌细胞的选择性，实现了化疗药物阿霉素和增敏剂姜黄素的靶向递送，基于多肽质子海绵效应促进姜黄素从溶酶体逃逸，抑制p-糖蛋白泵活性逆转多药耐药性，协同阿霉素增强治疗效果。4. 构建了表面功能化叶酸靶向的氧化石墨烯纳米诊疗探针，靶向运输至溶酶体，其酸性环境促使喜树碱释放并从溶酶体中逃逸，诱导细胞凋亡，同时凋亡过程中caspase-3被激活切割底物肽，使染料从石墨烯表面脱离而产生荧光信号，用于疗效可视化监测。以上研究结果均基于亚细胞水平的溶酶体途径建立高效的肿瘤诊疗策略，为肿瘤早期诊断与高效治疗技术的发展提供了新技术和新方法，也为扩展天然产物活性成分的医药用途提供了可资借鉴的新模式。