DNA水凝胶-阳离子共轭聚合物杂化荧光纳米粒子的制备及其应用于肿瘤细胞成像与治疗研究

It is important to develop novel multifunctional hybrid fluorescnece nanoparticle (MHFNP) for early diagnosis and treatment of tumour. In this project, DNA hydrogel is produced by using isothemal rolling circle ampification. Water cationic conjugated polymers (CCPs) with different structures and properties are designed and synthesized. Subsequently, a new MHFNP based DNA hydrogel and CCP with the size less than 100 nm is prepared by mixing the DNA hydrogel, CCP and polyethyleneimine through electrostatic force interaction. Some fundamental problems about the MHFNP are studied systematically, including biocompatibility, functional modification, target recognition activity, cell imaging and cell damage, etc. By integration of excellent flexible skeleton structure and biological function of DNA hydrogel in MHFNP, cell target recognition is carried out by using the functional modification of DNA in MHFNP. Combining high sensitive fluorescence imaging ability with photodynamic activity of CCP in MHFNP, new techniques based on the MHFNP for cell imaging, loading drugs therapy and photodynamic therapy are developed. This project study can provide a new nanomaterial and new strategy for tumor imaging and therapy. It offers an effective technology platform for the related biomedical research and drug screening as well as the clinical diagnosis and treatment.

发展新型多功能杂化荧光纳米粒子（MHFNP）对于肿瘤的早期诊断和治疗等具有重要意义。本项目应用恒温滚环扩增反应产生DNA水凝胶，设计、合成具有不同结构和性能的水溶性阳离子共轭聚合物（CCPs），使DNA水凝胶、CCP与阳离子聚合物聚乙烯亚胺通过静电力作用结合，制备粒径小于100 nm的新型DNA水凝胶-阳离子共轭聚合物MHFNP。系统研究新型MHFNP的生物相容性、功能化修饰、靶向识别活性、细胞成像及细胞杀伤等基础性问题。结合MHFNP中DNA水凝胶优良的柔性骨架结构及生物功能，研究利用MHFNP中DNA的功能化修饰实现细胞的靶向识别。结合MHFNP中CCP高灵敏度荧光成像能力和光动力活性，发展基于新型MHFNP的细胞成像、负载药物治疗和光动力治疗的新技术。项目研究可为肿瘤成像及治疗提供一种新型纳米材料和新的策略，为相关生物医学研究、药物筛选和临床诊断与治疗提供有效的技术平台。

发展基于DNA和共轭聚合物的多功能杂化荧光纳米材料对于肿瘤的早期诊断和治疗等具有重要意义。本项目应用滚环扩增反应产生DNA水凝胶，设计、合成了不同结构和性能的共轭聚合物，发展了新型多功能DNA -共轭聚合物杂化荧光纳米粒子，研究了其在细胞成像及光动力、负载药物杀伤细胞细菌和生物传感方面的应用。.基于Zr4+与滚环扩增产物DNA上的磷酸根的螯合作用以及DNA与阳离子共轭聚合物之间的静电作用，制备了粒径约146 nm的DNA@PFP杂化纳米颗粒，实现了DNA@PFP的细胞成像及光动力杀伤。利用纳米沉淀法制备了共轭聚合物纳米粒子（CONs），并在其表面修饰了叶酸（FA）标记的DNA链，制得粒径约50 nm的杂化荧光纳米粒子，实现了DNA-共轭聚合物杂化纳米材料的高灵敏度荧光成像、靶向识别、光动力杀伤和药物杀伤肿瘤细胞多种功能，为癌症的早期诊断与治疗以及相关生物医学研究提供了新技术。.基于阳离子共轭聚合物（CCP）独特的抗菌特性和生物传感能力，系统研究了CCP与抗生素组合协同杀伤耐药菌的新方法，为现有耐药抗生素的效力提高和再应用及克服细菌耐药性提供了一种新策略，对研发新型抗菌药物具有指导作用。基于CCP与DNA之间的强静电力作用，使连接DNA探针的蛋白（HRP）分子与CCP结合，形成CCP-DNA-HRP复合物，并在光照下产生活性氧，实现了蛋白质的高效靶向失活。方法无需复杂的质粒设计和基因表达过程，成本低，扩展了CCP的生物传感应用。.利用CCP独特信号放大和均相生物传感能力，基于核酸酶仅切割DNA/RNA杂合体中的DNA链的特性，系统研究了CCP与特异核酸酶引导扩增结合检测miRNA，发展了简单、灵敏可视化多重检测miRNAs的新方法。基于T7核酸外切酶的miRNA检出限为0.08 pmol/L，比双链特异核酸酶的检出限约低58倍，为基于miRNA的疾病早期诊断和治疗提供了新方法。.利用恒温滚环扩增技术，结合尿嘧啶DNA糖基化酶（UDG）和核酸内切酶IV的特性，发展了一种自引发多重滚环扩增反应高灵敏度检测UDG的新方法，其检测限为1.710-5 U/mL。方法简便快速、灵敏度高，为DNA糖基化酶的灵敏检测和疾病的早期诊断提供了新思路。