基于蛋白生物矿化作用与疏水作用构建近红外肝癌诊疗一体化试剂的研究

The development of novel theranostic reagent for liver cancer possessing both functions of diagnosis and therapy is critical to the improvement of therapy effect, reducing the pain of patients and decreasing drug toxicity. There are some profound challenges in the current established cancer theranostic reagents such as: the tedious construction process and low imaging contrast . In our previous reports, we have demonstrated that BSA protein could serve as a template in the synthesis of near-infrared (NIR) quantum dots (QDs). In this proposal, the synthesis of NIR QDs with Dox loaded were achieved at the same time by utilizing the biomineralization and hydrophobic interaction of protein. Based on the hypothesis, HepG2 cell and tumor bearing nude mice were selected to investigate the anti-tumor effects of this near-infrared theranostic reagent for liver cancer. This agent possesses multiple advantages including NIR fluorescence, high drug-loading rate, cancer cell targeting and controllable release of drug. It not only promotes the monitoring of drug and evaluating the therapy effect, but also simplifies the synthesis procedure and has great application potential. The completion of this project could provide theoretical basis and method for the design of new drug delivery system, and also offer a new opportunity in the diagnosis and targeted therapy of other tumors.

开发集诊断与治疗为一体的肝癌新型诊疗试剂，对于提高肝癌的治疗效果、减少患者痛苦、减弱药物毒性等方面都有非常重要的意义，已有的癌症诊疗试剂存在构建过程较为繁琐、成像对比度差等问题。本项目以先前的“BSA为模板在水溶液中合成近红外量子点”研究成果为基础，利用BSA蛋白的生物矿化作用与疏水作用同时实现近红外量子点的合成与药物Dox的负载。以人原发性肝癌细胞HepG2为模型，并建立荷瘤裸鼠，系统性地考察该诊疗试剂在细胞内及宏观层次的抗肿瘤效果。该诊疗试剂兼具独特的近红外荧光特性以及高载药量、靶向性、可控释放等功能，有利于在活体内监测药物、评价药效，同时简化了构建过程，合成时间短且易于操作，具有一定的推广潜力。本项目的完成将为新型给药系统设计提供理论依据和方法借鉴，也为其它肿瘤的诊断和靶向治疗提供新的研究思路。

在本项目的研究中，为了赋予药物载体在近红外光照升温条件下相变的功能，我们采用自组装多肽构建了多肽水凝胶，化疗药物采用对于肝癌具有较好特异性的华蟾素，结合黑磷量子点光动力治疗效果，构建了新型诊疗一体化试剂(BB@Hydrogel)。当BB@Hydrogel水凝胶进入肿瘤组织后，在808 nm近红外激光照射下，黑磷量子点的较强光热转换能力使肿瘤组织局部温度升高。升温使水凝胶融化并逐渐释放药物，同时升高的温度足以使肿瘤细胞热消融。由于协同作用，在体内外均有良好的治疗效果。并且，在实验中，我们发现，多肽水凝胶对于黑磷量子点具有较好的保护作用，可以使黑磷量子点长期保存而不被氧化。BB@Hydrogel在室温条件下，经808nm激光反复照射后，最高可升温将近40度，最高温度可达60余度。从华蟾素的释放曲线可以观察到，药物释放行为具有明显的近红外光响应特性，这是由于在近红外光照射下，BB@Hydrogel中的黑磷量子点可以将光能转化为热能，热能驱使水凝胶温度升高，最终导致内部网状结构变松散从而加速药物的释放。当HepG2细胞在BB@Hydrogel中并经近红外光照射后，JC-1染料由聚集态转变为分散状态，这是由于细胞中线粒体膜电位由高变低。由此可知，BB@Hydrogel结合光热治疗主要作用于癌细胞的线粒体。活体实验中，相比于游离的华蟾素与未经近红外光照射的对照组而言，BB@Hydrogel结合光热治疗的实验组小鼠的生存期明显延长，且体重未发生明显变化，病理实验结果表明实验组小鼠的内脏器官并未受到影响。以上实验结果表明BB@Hydrogel具有较好的生物安全性与抗肿瘤特性。