基于靶向TCP-1多肽的多功能超顺磁氧化铁纳米粒子用于结肠癌早期诊断和治疗的研究

The lack of specific contrast agents for colorectal cancer currently limits the use of MRI in diagnosis of colorectal cancer, which is heavily relied upon as the most effective imaging method. Developing a non-toxic and specific contrast agent towards colorectal cancer is thus in urgent need. Our team previously discovered a noval specific tumor homing peptide, called TCP-1 using in vivo phage display and orthotopic colorectal cancer animal model. Based on this discovery, we herein propose to develop TCP-1 targeted multifunctional SPIO nanoparticle SPIO-TCP-1-Cy5.5, to achieve colon cancer-specific active targeting, for the specific detection of colorectal cancer by MRI/infrared imaging and active SPIO mediated drug delivery. When intravenously injected to mice carrying orthotopic colorectal tumors, SPIO-TCP-1-Cy5.5 will specifically accumulate on and enter inside the cancerous new blood vessel cells. Tumors even with sizes as small as a few millimeters at early developing stages could thus be detected by non-invasive MRI and infrared fluorescence imaging. We also plan to conjugate doxorubicin to TCP-1 modified nanoparticles through an acid sensitive hydrazone bond. TCP-1 will guide the particles into new blood cells around colorectal tumors. After endocytosis, the low acidity in late endosome (pH ~ 5.5) will lead to the release of doxorubicin and cause apoptosis of tumor blood vessel cells, thus shrinking the tumor. Aiming at the first colorectal cancer specific diagnostic and therapeutic agent, and combining the expertise in nanotechnology, peptide chemistry, cancer research and drug development, our work will showcase a novel neovasculature targeting strategy for detection and drug delivery of colorectal cancer. Our close collaboration with clinicians will gear this project to meet the real medical need, towards a clinically applicable contrast agent eventually.

核磁共振成像是目前结肠癌诊断最有效的方法，其中最关键的步骤是造影剂的制备，然而现阶段缺乏针对结肠癌的特异性造影剂。TCP-1多肽是我们通过体内噬菌体展示技术和原位结肠癌动物模型相结合筛选出的一种新型结肠癌肿瘤靶向多肽。本课题在前期研究的基础上，以靶向TCP-1为中心研究对象，旨在研制一种针对结肠癌的早期诊断和治疗的新型造影剂，TCP-1将引导粒子特异性地结合并进入肿瘤的新生血管壁细胞，使用非侵入性的磁共振显影联合远红外荧光成像将可以实现小至几个毫米的早期肿瘤检测；同时，我们也计划将抗癌药物阿霉素通过腙键连接到TCP-1修饰的纳米颗粒的表面，经细胞内吞后，内吞体中的低酸性导致阿霉素的释放将引起肿瘤血管壁细胞的凋亡，从而杀死肿瘤。研究结果不仅可以有效促进结肠癌磁共振基础研究的发展，并且对疾病的诊断和治疗方案制定具有极为重要的意义，临床应用前景广阔。

核磁共振成像是目前结肠癌诊断最有效的方法，其中最关键的步骤是造影剂的制备，然而现阶段缺乏针对结肠癌的特异性造影剂。TCP-1多肽是我们通过体内噬菌体展示技术和原位结肠癌动物模型相结合筛选出的一种新型结肠癌肿瘤靶向多肽。将TCP-1与纳米粒子结合将很有可能为结肠癌的早期诊断提供一种新的思路。本课题以靶向TCP-1为中心研究对象，旨在研制一种针对结肠癌的早期诊断和治疗的新型造影剂。课题组首先研究了针对TCP-1的靶向性开展了一系列研究，将TCP-1与荧光分子、药物及纳米粒子偶联仍能保留其靶向性，进一步证实了TCP-1的优异靶向性；此外，系统研究了磁性纳米粒子的合成、表面修饰及其与靶向TCP-1的偶联，研究了其在核磁共振造影中的应用及通过荧光毛细管电泳检测其稳定性；并且，针对结肠癌的靶向性药物传递也进行了大量探索，将药物小分子1与靶向分子偶联后，研究了谷胱甘肽诱导键断裂的动力学，证实GSH可诱导2中键断裂释放药物小分子，在肿瘤细胞内高浓度GSH诱导药物小分子的释放。这是第一个发现的短肽诱导的酯键断裂反应，虽然这一实验尚处于初步阶段，这一实验的成功结果也为药物传递和磁共振造影相结合的实验积累了宝贵的经验。在后期的工作中，将把这一特异性的药物传递与核磁共振造影进行有效的结合。研究结果也将为药物释放提供一种新的思路，并对肿瘤的诊断治疗具有重要意义。纳米粒子与靶向荧光多肽的偶联及结合动力学是本课题的一项核心工作，靶向纳米粒子复合物的稳定性对评价其功能至关重要。基于此，在基金的支持下我们开展了生物物理学的新方法研究，开发了荧光偶联毛细管电泳技术以及液滴微流控芯片技术等多种新技术，为纳米粒子与生物分子相互作用的检测、结合动力学及稳定性等提供了一些全新的思路。通过引入荧光能量转移（FRET），系统地研究了生物分子包覆纳米颗粒的结合机制，为开发新的检测试剂盒打下了基础。本课题组按照原定计划开展了研究工作，并拓展研究了其它生物物理方法，全面完成了本基金项目计划书中预期目标。本课题组在本基金项目的资助下已在国内外知名期刊上发表研究论文10篇，申请专利10项，培养6名研究生。