基于锰基纳米材料的多功能纳米药物递送系统的设计、合成和应用研究

Early cancer diagnosis and therapy is the huge challenge to the field of nanomedicine. The common nano-drug delivery systems can inhibit the growth of tumor, however, is powerless to the tumor diagnosis. Based on the fact that manganese based nanomaterials can collapse to manganese ions and achieve activatable magnetic resonance imaging (MRI), we propose in this project to construct a multifunctional nano-drug delivery systems with large loading amount, controllable drug release, real-time monitoring on the drug release, tumor diagnosis, and tumor therapy. We will study the relationship between the structure of manganese-based nanomaterials and its ability to drug loading and activatable MRI. More importantly, we will monitor the drug release process in real-time manner and achieve tumor diagnosis and therapy simultaneously. Implementation of this project is expected to get new type of multifunctional nano-drug delivery systems. Moreover, it provide examples of scientific and theoretical basis for the further development of new theranostic reagent to overcome cancer.

如何实现癌症的早期诊断并有效治疗癌症是当今纳米医药研究的重大课题。常见的纳米药物递送系统仅能单一地实现肿瘤的治疗，无法实现对癌症的诊疗一体化治疗。本项目针对现有单功能纳米药物的这一缺陷，利用智能锰基纳米材料可在特定环境发生解离，并实现激活型磁共振成像这一特性，拟以智能锰基纳米材料作为载体，构建一类集高载药量、可控药物释放、药物释放实时监控、肿瘤诊断、肿瘤治疗和药效分析等功能为一体的多功能智能纳米药物。本研究项目将就1）不同锰基纳米材料的结构与其药物负载和激活型磁共振造影成像的能力之间的内在联系，2）该纳米药物递送系统对药物分子释放的实时监控，3）该纳米药物递送系统对肿瘤病灶的诊断、治疗及药效分析等三方面开展研究。本项目的实施不仅有望获得一类新型的多功能纳米药物，为癌症的诊疗提供新思路，同时，为进一步开发新型诊疗一体化试剂提供理论基础和科学实例，为人类早日克服癌症提供工具。

如何实现癌症的早期诊断并有效治疗癌症是当今纳米医药研究的重大课题。常见的纳米药物递送系统仅能单一的实现肿瘤的治疗，无法实现对癌症的诊疗一体化治疗。磁共振成像作为一种非介入、非放射、非辐射的分子成像手段，具有良好的时空分辨率，在临床诊断中占有重要的地位。锰基纳米材料中的锰离子表现出良好的生物相容性、长电子驰豫时间和多个未成对电子。该特点使锰基纳米材料成为开发新型基于磁共振造影技术的诊疗一体化药物的潜在载体。在本项目的资助下，我们在新型锰基纳米载体的设计与合成、锰基纳米载体的结构与性能之间的内在联系和基于锰基纳米材料的新型诊疗一体化试剂的构建进行了相关研究，取得了一定进展。具体成果包括：1. 我们设计合成了具有肿瘤微环境响应能力的新型氧化锰纳米载体，该载体除表现出较高的磁共振造影成像能力外，还能在肿瘤微酸性条件下实现电荷翻转。增加其在肿瘤部位的富集量的同时提高肿瘤细胞的摄取量，实现了对肿瘤诊断；2. 我们从本质上对锰基纳米载体的表面结构和晶体结构与其对肿瘤的诊断能力的内在联系进行了研究。我们发现，通过对锰基纳米载体比表面积进行调节，对锰离子在其表面的有效浓度的调控和其几何限域性能进行控制可以有效提高锰基纳米载体的T1磁共振造影能力；3. 我们设计合成了一种新型基于锰基纳米材料的诊疗一体化药物。该诊疗一体化试剂除能实现在T1模式下的肿瘤诊断外。还可以利用其光热转换能力在实现光热治疗的同时，提高肿瘤部位的局部温度，从而提高化学动力学治疗的效果。本项目不仅构建了基于锰基纳米材料的新型诊疗一体化试剂，并将其用于肿瘤的诊断与治疗，取得了较好的疗效。与此同时，还对锰基纳米载体的结构与性能之间的内在联系和进行了相关研究，有望为后续开发具有磁共振造影性能的新型锰基纳米载体的设计与合成提供理论指导。