"三明治"新结构近红外上转换近紫外光纳米粒子构建及其癌症诊断和可视化治疗方法研究

Aiming at the challenging problems of the early diagnosis and therapy of cancers, we base on the mechanism of cancer cell death induced by ultraviolet light and the function of cancer cells labeled using near infraredupconversion luminescence from the novel upconversion nanocrystalcoupled withantibody under exitation of near infrared light with 980nm, the novel upconversion crystals with multiple shells transferring near infrared to near ultraviolet are devised and constructed. To study the novel ways of enhancing the up-converting efficiency of near infrared to ultraviolet from the"S"UNCs whichare used in cancer diagnosis and visualization therapy with very high effeciency; To study the assembly technologies of coupling "S"UNCs wity antibody in soft way to increase the biodetecting sensitivity and specific. Besides, the interactions and dynamics between "S"UNCs and antibodies will be studied, including effects of visualization therapy of cancers in vivo, to get the innovating methods of visualizationtherapyof cancerunder guiding by near infrared upconvertion light, based on the ultraviolet light with high energy. To study these challenging problems mentioned above is with an important signification and to establish some fundaments for devolping a novel technologies of early diagnosis and therapy via an unconverting nearultraviolet.

针对癌症难于早期诊断和准确治疗的重大问题，本项目基于生物光谱窗口内的近红外光上转换高能量可见光或近红外光生物标记可视化功能和近紫外光对癌细胞诱导凋亡机理以及抗体生物靶向功能，设计和构筑"三明治"多功能壳核新结构上转换近紫外发光纳米晶("S"UNCs)，获得用于癌症治疗的高效上转换近紫外发光纳米平台。研究提高"S"UNCs上转换近紫外发光效率的新途径，获得高效上转换近紫外光的"S"UNCs；研究"S"UNCs与抗体生物"柔性"仿生组装技术，获得"S"UNCs靶向癌细胞的高灵敏性和特异性；研究"S"UNCs上转换紫外发光与体外癌细胞相互作用和动力学及其鼠体癌症靶向诊断和可视化治疗效应，建立近红外光上转换近紫外发光癌症早期诊断和可视化治疗一体化的创新方法。开展上述重要问题的研究，将为发展癌症早期诊断和可视化治疗一体化新方法提供研究基础和科学依据。

针对癌症难于早期诊断和精准治疗重大问题，项目构建了具有高效上转换发光的三明治结构纳米晶（SUNCs）“用光不用药”癌症可视化治疗纳米平台，实现了认识SUNCs上转换近红光用于癌细胞标记引导的高能量蓝紫光杀伤癌细胞的机制研究目标，发展一种纳米局域化近红外光成像引导的蓝紫光可视化杀死癌细胞新方法。项目取得了如下研究结果：.1. 构筑了可在980nm近红外光激发下，可同时产生用于生物示踪的上转换近红外光和光致癌细胞杀伤的上转换蓝紫发光直径约为20 nm 的SUNCs。.2. 为了实现既能解决SUCNs的生物相容性又不损耗其发射的蓝光强度，选用了光吸收带边能量高于400nm的PAA聚合物修饰SUNCs与使其与抗体耦联，解决了表面修饰聚合物对SUCNs发射蓝光吸收而导致对细胞杀伤无效应难题，建立了具有“用光不用药”可视化治疗癌症功能的高效上转换蓝紫光纳米平台。.3. 研究了SUNCs与QBC939细胞相互作用，观察到了这种细胞对不同聚合物表面修饰的SUNCs内在化、从细胞表面输运至溶酶体，再至线粒体共定位的动力学过程。.4. 项目加深了对不同聚合物表面修饰的SUNCs对QBC939细胞纳米毒性和对A549肺癌细胞以及BV-2和HUVEC两个细胞株对照组的纳米毒性和光毒性的理解和认识。为利于共聚焦显微镜对SUNCs的微观机制进行分析，将SUNCs纳米生物毒性与其蓝紫光生物毒性分开研究。应用上转换红光和绿光的SUNCs替代上转换蓝紫光SUNCs进行纳米毒性研究，揭示了不同聚合物表面修饰的SUNCs在QBC939内的内在化动力学过程，证明了应用SUNCs实现“用光不用药”实现肿瘤可视化治疗的可行性。.5. 4年累计发表SCI论文16篇以上，其中影响因子5.0以上的9篇，申请专利12项。. 综上所述，研究表明SUNCs蓝紫光对胆管癌QBC939细胞具有光致死杀伤效应，鼠肿瘤模型的SUNCs蓝紫光对肿瘤也展现了抑制效应，表明SUNCs发射的蓝紫光和近红外光用于实现肿瘤等重大疾病用光不同药的高精准可视化治疗具有深远变革性应用的潜力。为了进一步提高SUCNs的蓝紫光对癌细胞的杀伤效应，深入地理解其杀伤机制的研究仍然在继续进行之中。