基于金属有机骨架的多模态纳米探针的构建及其肿瘤靶向显像研究

Early diagnosis and accurate localization of tumors have become the current clinical challenge to improve the surgical effect and life cycle of patients. At present, the single molecular imaging technique widely used in clinic has its own insurmountable defects. The multimodal molecular imaging technique that combines the advantages of each imaging technique has become an important trend in the development of molecular imaging of tumors. Metal-organic frameworks (MOFs), featuring with extremely high specific surface area, ordered pores, and highly tunable structures and functions, are evolving into a new generation of nano-platforms for drug and contrast agent delivery. This project intends to build MOF-based nanoprobes with multi-modal molecular imaging capabilities. These probes can combine the non-invasive NIRF-II fluorescence imaging with MRI and PET imaging, taking advantages of the high-resolution and anatomical imaging of MRI, high sensitivity of PET imaging, as well as less background interference and biological tissue penetration of NIRF-II fluorescence imaging. With the use of MOF-based nanoprobes, it can achieve preoperative detection and dynamic visualization analysis of tumor (such as glioma) by MRI or PET imaging and intraoperative tumor resection with the guidance of NIRF-II imaging. This research will provide a new research avenue for the applications of MOF nanoparticles in in vivo imaging and theronostics of cancer.

肿瘤的早期诊断与准确定位已经成为目前临床上提高患者手术效果和生存周期的挑战性难题。目前广泛应用的单一分子影像技术存在着自身难以克服的缺陷，而融合多种成像技术优势的多模态分子影像技术已成为肿瘤分子影像学发展的重要趋势。具有极高比表面积、有序孔、结构和功能高度可调等优势的金属有机骨架（MOF）材料正在发展成为新一代纳米载药/探针平台。本项目拟构建具有多模态分子成像功能的MOF纳米探针，该类探针将非侵入性的近红外II区荧光成像和MRI、PET成像有机融合，充分发挥MRI成像的高分辨率解剖性显像，PET成像的高灵敏度，以及近红外II区荧光探针光稳定性好、背景干扰少、生物组织穿透能力强等优势，可实现肿瘤（如脑胶质瘤）术前MRI、PET成像检测及动态可视化分析，术中近红外II区成像引导肿瘤切除。本研究将为纳米MOF材料在活体成像和肿瘤诊疗的应用提供新的研究方法和手段。

肿瘤的早期诊断与准确定位已经成为临床上提高患者手术效果和生存周期的挑战性难题。目前广泛应用的单一分子影像技术存在着自身难以克服的缺陷，而融合多种成像技术优势的多模态分子影像技术已成为肿瘤分子影像学发展的重要趋势。具有极高比表面积、有序孔、结构和功能高度可调等优势的金属有机骨架（MOF）材料正在发展成为新一代纳米载药/探针平台。本项目拟构建具有多模态分子成像功能的MOF纳米探针，该类探针将非侵入性的近红外II区荧光成像和MRI、PET成像有机融合，充分发挥MRI成像的高分辨率解剖性显像，PET成像的高灵敏度，以及近红外II区荧光探针光稳定性好、背景干扰少、生物组织穿透能力强等优势，可实现肿瘤（如脑胶质瘤）术前MRI、PET成像检测及动态可视化分析，术中近红外II区成像引导肿瘤切除。通过制备与表征，我们成功合成了一系列高灵敏度高特异性的基于MOF的多模态纳米探针，并对其进行了结构优化和表面功能化修饰。体内的生物分布和药代动力学研究表明，这些纳米探针体内生物相容性好、稳定性好、血液循环时间长、对目标肿瘤具有高度亲和力和靶向性，能有效被肿瘤摄取，清晰界定肿瘤的边界，并获得对比度高、清晰度高的NIRF-II区/PET等图像。体内治疗实验表明这些纳米探针能有效的递送药物抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长并达到较好的治疗效果。以原位荷胶质瘤裸鼠为模型，进行了手术导航肿瘤切除初步研究，建立了活体可视化技术和图像引导的手术治疗技术，为肿瘤（脑胶质瘤）边界精准诊疗提供一种新方法和新技术。在本研究中我们提出了将多种分子成像功能基元组装成多模态可视化MOF载体的新思路，成功构建了多种新型高特异性的多模态分子影像纳米探针载体，为可视化实时监控纳米药物治疗肿瘤提供了新策略。此外，进一步系统研究了MOF纳米载体的结构-效应关系，精确调控“诊疗一体化”MOF纳米载体的光学成像以及光学治疗性能，对于开发新型肿瘤诊疗纳米探针和光治疗纳米药物具有指导意义。