一种可实现肿瘤超早期成像的多模靶向纳米探针

A major challenge for super-early tumor detection lies in the difficulty of delivering imaging probes to tumor foci, especially in the stage of tumor pre-formation. Our previous work found that H-ferritin (HFn) nanoprobe can naturally target to tumor cells (Nature Nanotechnol, 2012; PNAS, 2014; ACS Nano, 2018). Recently, our preliminary data demonstrated that HFn nanoprobes can penetrate into tumor nodules by inflammation mediated blood vessel leakage, but the molecular mechanisms are still unclear. In this application, employing subcutaneous and metastatic hepatocellular carcinomas models and taking advantage of the unique structure of HFn nanoprobe, we will design a novel kind of multimodality nanoprobe to study the mechanisms of HFn penetrating the inflammation mediated blood vessel leakage, analyze the binding affinity of HFn to tumor cells and endocytosis pathway of HFn in tumor cells, and evaluate the feasibility of employing HFn nanoprobe to image the tumor cells before tumor formation. This study will provide a promising multimodality nanoprobe and a novel strategy for accurate super-early stage tumor diagnosis.

肿瘤的超早期成像是肿瘤诊断领域的巨大挑战，其难点在于纳米探针无法有效的到达肿瘤部位，特别是在肿瘤细胞形成实体瘤之前。申请人根据仿生原理，制备了铁蛋白纳米探针，首次在国际上证明其天然靶向肿瘤的特性（Nat Nanotech, 2012; PNAS, 2014; ACS Nano, 2018）。更重要的是，最新发现铁蛋白可以借助由肿瘤细胞引起的炎症诱导的血管渗漏到达肿瘤部位，然而其分子机制尚不清楚。据此，本项目将利用人肝癌皮下移植瘤和肝癌肺转移肿瘤两种模型，借助铁蛋白独特的壳-核结构，设计一种多模探针，系统研究铁蛋白纳米探针穿过炎症诱导的血管渗漏的分子机制及影响因素，阐明铁蛋白对肿瘤细胞的靶向性及其独特的内吞机制，探讨其用于肿瘤超早期诊断（肿瘤细胞形成实体瘤前）的可行性，发展一种不依赖于肿瘤血管，可对肿瘤超早期阶段进行成像诊断的靶向性多模探针，为肿瘤的超早期诊断提供新策略。

肿瘤的超早期成像是肿瘤诊断领域的巨大挑战，其难点在于纳米探针无法有效的到达肿瘤部位，特别是在肿瘤细胞形成实体瘤之前。本项目通过定制功能化的人H-铁蛋白（HFn）开发了一种三模态纳米探针IRdye800-M-HFn。该探针对肝癌细胞受体TfR1具有特异性靶向功能，并且可通过三模态成像（近红外荧光分子成像 (NIR-FMI)，磁共振成像（MRI）和光声成像（PAI）），在实体瘤组织形成之前对肿瘤细胞进行早期诊断。并阐明了在肿瘤超早期阶段铁蛋白纳米探针进入肿瘤部位是通过肿瘤细胞引起的炎症所介导的血管渗漏机制。在此基础上，进一步开发了基于铁蛋白的药物递送系统HFn-Dox，对肝癌皮下移植瘤和肺转移瘤早期治疗具有良好的治疗效果。.同时，我们通过晶体结构解析发现，铁蛋白上存在天然的小分子药物通道，且该通道受到温度调控，基于此发现我们开发出更为高效简单的加热载药方法，解决了铁蛋白成药的关键性技术问题。除此之外，我们利用铁蛋白动态组装的特性，进一步构建了融合其他功能模块的铁蛋白纳米载体。其中，通过铁蛋白多聚展示抗原，可用于自身免疫病体外疾病诊断。铁蛋白融合疏水肽和靶向肽模块，可有效进行疏水性化疗药物双重靶向递送。对铁蛋白内腔进行正电改造，则可有效实现核酸药物的递送。.基于以上工作，本项目共发表SCI论文28篇，包括Advanced Materials, Materials Today, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Today等权威期刊，并受邀撰写铁蛋白药物载体综述一篇，发表在Advanced Drug Delivery Reviews杂志上。我们在拓展铁蛋白纳米载体应用的同时为铁蛋白药物临床转化奠定了坚实的理论基础。