近红外发光的双光子比率型纳米探针的构建及糖尿病相关miRNA的检测与成像应用

Diabetes is one of the highest morbidity and mortality rates in the world. Researches have shown that impaired function of islet β cells is an important pathological mechanism for the occurrence of diabetes. The change of expression level of miRNAs may damage the function of islet β cells and affect the secretion and function of insulin. However, the current miRNA detection and analysis methods have some problems, such as low sensitivity, poor biological stability and difficult to be used in complex biological systems. This project aims at warning and early treatment of diabetes, combining the specific recognition ability of nucleic acid probe with the advantages of imaging of near infrared luminescent two-photon (NIR-TP) fluorescent ferritin, constructed NIR-TP fluorescent nanoprobes with good biological stability to detect and image miRNA in islet β cells with highly sensitive NIR-TP. By monitoring the expression level of miRNA in real time, we can analyze the function damage of β cell and the pathogenesis of diabetes. The completion of this project will establish a novel NIR-TP biosensor system for miRNA detection in vivo, promote the development of miRNA detection methods, and reveal the molecular mechanism of islet β cell function damage and its correlation with the occurrence and development of diabetes. It provides a new method for the effective early diagnosis and prevention of diabetes.

糖尿病是目前全世界发病率和死亡率最高的疾病之一。研究表明，胰岛β细胞功能受损是糖尿病发生的重要病理机制。微小RNA(miRNA)表达水平的变化会对胰岛β细胞功能造成损伤、而影响胰岛素的分泌与发挥作用。但是目前的miRNA检测分析方法存在灵敏度低，生物稳定性差而难以用于复杂生物体系等问题。本项目拟以糖尿病的早期诊断为目标，将核酸探针的特异识别能力，与近红外发光的双光子(NIR-TP)荧光铁蛋白的成像优势相结合，构建了生物稳定性好的NIR-TP荧光纳米探针，从而实现对胰岛β细胞miRNA的高灵敏NIR-TP荧光检测与成像研究。通过对miRNA表达水平的实时监测，分析β细胞功能损伤及糖尿病发病机制。本项目的完成将建立体内miRNA检测的新型NIR-TP生物传感体系，促进miRNA检测方法的发展，揭示胰岛β细胞功能损伤分子机制及其与糖尿病发生和发展的相关性，为糖尿病的有效早期诊断和预防提供新方法。

本项目着眼于胰岛β细胞的miRNA的荧光检测和成像，将分析化学与生物医学有机交叉融合，围绕具体的生物医学问题开展研究工作。以糖尿病的及时诊断和早期治疗为出发点，同时结合功能化纳米材料、核酸探针以及TP-NIR荧光成像技术，构建了新型比率型纳米探针的荧光检测体系。.为了本研究的顺利进行，我们构建了一种新颖的双模式生物成像纳米传感平台Tf-AuNCs@MnO2，用于活细胞和组织中的双光子-近红外（TP-NIR）荧光成像和磁共振成像（MRI），并选择了内源性谷胱甘肽（GSH）作为目标检测，用于前期的准备、探索实验以及相关经验的积累。在该体系中，我们通过一步法成功合成了转铁蛋白功能化的近红外发光的双光子金纳米簇。然后，我们开发了一种新颖的双模式生物成像纳米传感平台Tf-AuNCs@MnO2，用于活细胞和组织中的双光子-近红外（TP-NIR）荧光成像和磁共振成像（MRI），并用于检测内源性谷胱甘肽（GSH）。纳米探针对体外的GSH表现出高度的敏感性和选择性。此外，纳米探针可以通过荧光和核磁共振成像的两种模式准确地监测细胞内源性GSH，并且具有300 μm的组织穿透深度。结合TP-NIR荧光成像的高灵敏度，深层组织穿透深度与MRI的无损检测，构建了双模生物成像纳米探针平台Tf-AuNCs@MnO2，以实现体内高时空分辨率成像，这是一种非常有前途且有效的生物医学分子成像和诊断工具。该体系是为我们为本研究的开展提供了很多有用的数据和实验经验。.目前，本项目的主要研究成果如下：.(1) 发展了一类装载TP-NIR金纳米簇的铁蛋白纳米材料作为纳米探针的载体和信号基团，用于高分辨率的细胞成像和深的组织成像。.(2) 提出一种构建具有细胞膜穿透能力强、可以免受降解等优点的TP-NIR荧光纳米探针的策略。.(3) 构建了“Turn-On”型TP-NIR荧光纳米探针用于实现细胞及组织内物质的原位、实时、高灵敏、高选择性TP-NIR荧光成像检测。.由于新冠疫情和实验中遇到了许多问题的原因，我们的研究还在进行中，但是我们会克服困难，将研究继续下去，本项目有望最终建立高敏感性的糖尿病早期诊疗系统。