基于有机功能材料的肿瘤标志物分子识别与细胞成像研究

生物大分子（如核酸与蛋白质）以及生物活性分子（细菌以及细胞）的识别、检测对获取生命过程中的化学与生物信息、阐明生物体系中的信息传递、特别是对疾病的诊断与治疗都具有重要的意义。本项目充分发挥化学、生物和光物理学科交叉研究的优势，制备新型的生物复合共轭聚合物材料，发展几类重要肿瘤相关的基因、蛋白质、肿瘤细胞的新型识别与荧光成像体系。主要研究工作包括：利用生物大分子作模板，通过共价连接以及自组装方法制备新型生物复合共轭聚合物功能材料；利用荧光光谱以及荧光成像等手段研究这些体系的生物识别信号传输过程与机理；通过荧光共振能量转移技术在分子水平实现疾病相关基因变异和蛋白质肿瘤标志物的灵敏识别；探索共轭聚合物与肿瘤细胞的多点识别相互作用，建立直接检测肿瘤细胞的特异性识别体系；研究肿瘤细胞调亡及其信号转导调控，探索共轭聚合物在疾病治疗中的应用。为实现快速、灵敏、准确的重大疾病早期诊断与治疗奠定基础。

按照申请书所提出的研究任务，立足化学与生物学学科交叉前沿，围绕新型生物复合共轭聚合物功能材料的设计、光物理行为及其在肿瘤标志物分子识别与细胞成像应用研究展开工作。本项目按计划进行，圆满完成了任务。通过共价连接以及自组装方法制备新型生物复合共轭聚合物功能材料，利用荧光光谱以及荧光成像等手段研究这些体系的生物识别信号传输过程与机理。通过荧光共振能量转移技术在分子水平实现疾病相关基因变异和蛋白质肿瘤标志物的灵敏识别，其中启动子甲基化累积分析可用于结肠癌检测和鉴别诊断，通过逐步判别分析和累积检测分析，获得了较高精确度和灵敏度的结肠癌检测结果（分别为86.3和86.7%）与鉴别诊断结果（分别为97.5和94%），并获得了CpG岛甲基化表型与结肠癌患者临床上重要参数之间的关联性。构建基于共轭聚合物能量转移的指纹图谱技术，可实现总DNA 5％突变的检测，为快速、灵敏、多重检测DNA突变提供了一种新策略。通过调控不同荧光颜色聚合物在同一个因工程改造的微生物模板上的自组装，获得了单一激发波长下多色的共轭聚合物微纳粒子，并通过荧光共振能量转移技术进行荧光编码，并对其在细胞成像以及细胞分选方面的应用进行了研究。通过界面静电复合的方式自组装形成具有荧光特性的纤维。探索共轭聚合物与肿瘤细胞的多点识别相互作用，建立直接检测肿瘤细胞的特异性识别体系，利用一级抗体修饰的共轭聚合物纳米粒子实现了对不同肿瘤细胞的直接区分和检测。构建了具有抗癌活性和凋亡细胞成像的多功能体系。研究肿瘤细胞调亡及其信号转导调控，探索共轭聚合物在疾病治疗中的应用，发展了共轭聚合物生物功能调控化学分子激活的光动力治疗新模式，该体系无需外界光源，可克服目前光动力疗法中光源不能透过深部组织的缺点，为肿瘤和病原体感染提供了一个新的治疗方式。这些研究成果为实现快速、灵敏、准确的重大疾病早期诊断与治疗提供新思路。