肾清除型荧光金纳米材料的构效关系及其肿瘤成像靶向功能化的设计与研究

While nanomaterials with multimodalities and unique material properties open up unprecedented opportunities and hold great potential in the biomedical field, the translation of nanomaterials into clinical applications has been severely hampered by their instability in physiological environment induced by nanoparticle-protein corona effect, and nanotoxicity derived from in vivo nonspecific accumulations. This project aims to develop fluorescent gold nanomaterials with high renal clearance efficiency and active tumor targeting functionality. To be more specific, by designing different ultra-small peptides and utilizing them as surface ligands, the shape and material properties of synthesized fluorescent gold nanomaterials will be controllably fine-tuned to maximize their stability in physiological environment, minimize their nanotoxicity and optimize their in vivo pharmacokinetics. The structure-activity relationships on these properties will also be systemically investigated. On this basis, the project will further explore the functionalization methodology for active tumor targeting, optimize the balance among targeting efficiency, pharmacokinetics, and renal clearance efficiency, so that bioimaging application of fluorescent gold nanomaterials at both in vitro and in vivo levels can be achieved. This project will greatly facilitate the clinical translation of nanomaterials by providing promising theoretical basis, which has important academic significance and application prospect.

纳米材料所具有的多功能性和独特材料特性使其在生物医学领域中拥有十分广阔的发展前景，然而由纳米颗粒-蛋白质冠效应所导致的生理环境不稳定性，以及在体内非特异性聚集所衍生的纳米毒性均对纳米材料向临床应用的转换造成了极大阻碍。本项目以构筑具有高效肾清除率和主动肿瘤靶向成像功能的荧光金纳米材料为目的，从设计以小型肽类分子为结构主体的表面修饰配体出发，对荧光金纳米材料的性质和形态进行可控优化，从而最大化其生理环境稳定性、最小化其纳米毒性、完善其体内代谢动力学并系统的阐释几者间的相互构效关系。在此基础上，进一步重点研究荧光金纳米材料的主动肿瘤靶向功能化途径，并对荧光金纳米材料的肿瘤靶向性能与体内代谢和肾清除效率间的构效平衡进行优化总结，最终实现其在细胞及动物体内的生物成像应用。本项目的研究将极大的推动纳米材料向临床生物医学应用的转化并为其奠定充足的理论依据，具有重要的学术意义和应用前景。

纳米材料所具有的多功能性和独特材料特性使其在生物医学领域中拥有十分广阔的发展前景，然而由纳米颗粒-蛋白质冠效应所导致的生理环境不稳定性，以及在体内非特异性聚集所衍生的纳米毒性均对纳米材料向临床应用的转换造成了极大阻碍。本项目以构筑具有肾清除的荧光金纳米材料为目的，从设计以小型肽类分子为结构主体的表面修饰配体出发，对荧光金纳米材料的性质和形态进行可控优化，从而最大化其生理环境稳定性、最小化其纳米毒性、完善其体内代谢动力学并系统的阐述几者间的相互构效关系。并在此基础上，进一步重点研究荧光金纳米材料的体内代谢和肾清除效率间的构效平衡，进行优化总结，从而实现其在细胞内及动物体内的生物成像应用，推动纳米材料向临床生物医学应用的转化并为其奠定理论依据，具有重要的学术意义和应用前景。同时，荧光金纳米材料是一类一价金离子和金原子共存的纳米个体，其合成原理与发光机理(配体到金属电荷转移)为其它金属纳米（复合）材料的合成提供了新的思路与途径。通过对荧光金纳米材料发光机理和粒径构效关系的总结，本项目进一步拓展了贵金属（复合）纳米材料在光催化和水处理等研究方向的应用，为今后的相关科研工作开辟了新的方向。目前已在国内外重要学术刊物上发表与该课题有关的SCI收录论文10篇，影响因子大于10.0的论文1篇。这些研究成果得到了国际同行科学家的广泛关注和肯定。项目培养硕士生参与人员共6名，其中已顺利毕业3名，仍在读3名。