SERS成像探针设计及其在指导肿瘤精准治疗中的应用研究

Improving the accuracy of margin delineating of tumor in surgical resection is of great importance for reducing the recurrence and mortality of cancer. However, it remains a great challenge for current clinical strategies due to their low sensitivity and resolution, which leads to an urgent need for an effective intraoperative imaging method. Surface-enhanced Raman scattering (SERS) with the merit of high sensitivity (even in single molecule level) has been emerging as a promising alternative in the field of intraoperative imaging-guided accurate tumor resection. However, the exploration of SERS technique in this field has been hampered at its early stage due to the challenges in the controlled synthesis and surface modification of SERS imaging probes. To address these issues, in this project, we will explore the new strategies for designing SERS imaging probes, unveil the intrinsic mechanism through the systemic investigations, and provide reliable scientific evidence for establishing the final approach to intraoperative SERS imaging-guided accurate oncotherapy.

提高肿瘤切除术的精准性对于降低癌症复发率和死亡率至关重要。目前的临床方案存在灵敏度和分辨率低等缺点，难以满足要求。因此，发展一种有效的、兼具高灵敏度和高分辨率的术中成像技术变得尤为迫切。表面增强拉曼散射（SERS）光谱的特点使其成为一种极具潜力的术中成像手段。然而，目前此类研究在国外尚属起步阶段，迫切需要发展前沿技术以取得关键性突破，这为我们的研究提供了机遇与挑战。本项目针对SERS在术中成像应用中的关键科学问题，拟探索和建立SERS成像探针的设计和合成新方法，并在荷瘤小动物模型上评估其成像性能。通过这些系统的研究，阐明利用SERS成像探针解决这些关键科学问题中的基本机理，为建立术中SERS成像指导的肿瘤精准治疗最终解决方案提供可靠的科学依据。

提高肿瘤切除术的精准性对于降低癌症复发率和死亡率至关重要。目前的临床方案存在灵敏度和分辨率低等缺点，难以满足要求。因此，发展一种有效的、兼具高灵敏度和高分辨率的术中成像技术变得尤为迫切。拉曼光谱能够提供物质的指纹图谱，在组织成分辨别方面有巨大优势。尤其是表面增强拉曼散射（SERS）光谱具备单分子分析水平的超高灵敏度，其巨大应用潜力促使业界开展了广泛的研究。然而，但其临床转化仍需大量的实验验证，而且还有一些关键问题有待解决。其中，SERS探针的生物安全性和靶向性仍显不足，是此技术临床转化必须克服的难题。.为了解决上述问题，我们开展了如下三方面研究：第一部分开展了基于生物安全性SERS探针的肿瘤鉴别，我们利用聚多巴胺良好的生物相容性和易修饰性，以之为载体设计了负载小尺寸金纳米粒子的SERS探针。该探针避免了使用大尺寸金纳米粒子带来的潜在代谢问题，同时借助于聚多巴胺可生物降解的性质，赋予探针整体更好的生物安全性。根据SERS性能优化了制备条件，探索其生物可降解性能以及肿瘤靶向性。第二部分开展了自然拉曼光谱的免标记生物组织鉴别研究，我们基于快速拉曼成像以及拉曼光谱化学计量学分析，在组织冰冻切片上实现了肿瘤与正常组织的准确辨别；此外以自然拉曼光谱监测了抗菌试剂杀菌过程中的生理组成成分变化，辅助理解抗菌机制。第三部分，为辅助手术切除疗法，结合我们研究组在纳米诊疗探针领域的研究基础，构建了光热力学和光动力学协同纳米治疗探针，展现了良好的肿瘤细胞杀伤效果。