基于缺氧诱导释放的近红外诊疗探针的构建及其初步生物医学应用研究

Theranostic probe containing fluorescent probe and drug play important roles in the diagnosis and therapy of cancer. To date, various theranostic probes based on glutathione-induced releasing have been established successfully, but most of them use S-S bond as reaction site and suffer serious interference from the sulfide in blood. Herein, N=N bond will be selected as reaction site and the theranostic probes based on hypoxia-induced releasing is thus designed. Under tumor microenvironment (hypoxia), the N=N bond is reduced and cleaved. And thus, the near-infrared (NIR) emission is generated for imaging diagnosis and the drug is released for targeted therapy. On one hand, the theranostic probe will avoid the interference from the sulfide in blood and increase the targeting ability of drug by using N=N bond as reaction site. On the other hand, the theranostic probe will elude the effect from the background fluorescence of small biomolecule and enhance the sensitivity of imaging diagnosis. In a word, the results will promote the development of theranostic probe and possess potential biomedical application value.

将荧光探针和药物结合起来构成的诊疗探针，具有诊断和治疗双重功能，对肿瘤的诊疗具有极其重要的意义。目前，文献报道的多是以谷胱甘肽诱导释放为基础的诊疗探针，这些探针识别团为S-S键，易导致在活体给药过程中，探针与血液中的硫化物作用，提前释放出药物分子，难以实现肿瘤靶向释放。本项目基于肿瘤缺氧的特性，拟采用N=N键作为识别团，设计以缺氧诱导释放为基础的近红外诊疗探针。该诊疗探针在肿瘤微环境（缺氧）下，N=N键被还原而发生断裂，释放出近红外荧光和抗癌药物，实现成像诊断和药物治疗的目标。一方面，本项目选用N=N键作为识别团，可以有效避免血液中的硫化物等生物分子的干扰，保证诊疗探针分子顺利进入肿瘤微环境，从而增加活体给药的肿瘤靶向性；另一方面，选用近红外染料作为荧光团，可以有效避免生物分子背景荧光的干扰，提高成像诊断的灵敏度。总之，本项目的实施，有望推动诊疗探针的发展，具有潜在的生物医学应用价值。

面向现代医学诊断领域对成像检测的重大需要，本项目通过合理的结构设计，系统研究了探针结构与荧光性能的关系，构建一系列近红外荧光探针，用于疾病标志物的成像检测。这些工作改善了现存探针波长短，不适合活体成像的问题，实现在复杂生物样品中对目标分子的实时原位无损伤检测，为现代医学的疾病诊断和治疗领域提供强有力的研究手段。.1. 基于半花菁染料的缺氧近红外荧光探针的构建及在肝纤维化中的成像研究：通过荧光成像和流式细胞术，成功地监控四种细胞的缺氧程度。并且，监测肝纤维化小鼠和溃疡性结肠炎小鼠模型的缺氧程度，考察肠病的存在对肝纤维化的影响，验证“肠-肝轴”的作用机制。.2. 基于花菁染料的还原型辅酶NAD(P)H近红外荧光探针的构建及在癌症诊断和光热治疗研究：通过近红外荧光和光声双模态成像监控细胞和肿瘤小鼠模型中NAD(P)H的含量。与此同时，通过注射葡萄糖，有效改善光热治疗效果，由此，提出了增强光热治疗的新策略。.3. 连续检测近红外荧光探针的构建及在癌症标志物的成像研究：通过连续检测癌症标志物Cys和H+，成功区分正常细胞和癌细胞。由于近红外荧光发射，探针可以区分正常小鼠和肿瘤小鼠，这对癌症的早期准确诊断具有重要的意义。.4. 基于喹啉-氧杂蒽染料的近红外荧光探针的构建及在糖尿病标志物的成像研究：开发了在糖尿病小鼠的诊断和治疗中实时检测碱性磷酸酶（ALP）水平的近红外荧光探针。与常见的近红外染料半花菁相比，喹啉-氧杂蒽染料具有更长的发射波长和水溶性。该检测方法的建立，对深入了解ALP在糖尿病诊断和治疗过程中的作用具有重要的意义。.5. 基于MOF材料的三磷酸腺苷（ATP）近红外纳米荧光探针的构建及医学成像研究：合成具有近红外发射的罗丹明类衍生物，通过自组装包埋在ZIF-90材料，构建纳米荧光探针来检测ATP。该探针被成功用于结肠炎模型小鼠中ATP的成像，为结肠炎的诊断提供有力工具。.项目执行期间，以通讯作者在Analytical Chemistry、Chemical Communications、Biomaterials、ACS Applied Materials & Interfaces、ACS Sensors等国际刊物发表论文31篇。获得授权的国家发明专利10项。参加学术会议9次。以第二完成人获湖南省自然科学奖二等奖。培养研究生25人，毕业10人，在读15人。