应用同步辐射XRF成像技术研究磁/光响应纳米探针与不同亚型乳腺癌细胞相互作用的分子机制

Breast cancer seriously threaten the health and life in women. At present, molecular classification of breast cancer was generally diagnosed by pathology analysis, which was time-consuming and damaged for body. Using imaging technique, it is very important of developing in vitro detection method of molecular classification, which is meaningful for the precision theranostics in breast cancer. This project will construct magnetic/fluorescent-responsive nanoprobes based on upconversion nanomaterials, conjugate the specific ligands of different sub-typed breast cancer cells, and achieve the in vitro specific detection of molecular classification in ER-positive, PR-positive, HER2-positive and triple-negative breast cancer cells. Firstly, magnetic/fluorescent nanoprobes are synthesized and the performance of upconversion luminescence (UCL)/magnetic resonance imaging (MRI) is modulated. Then the specific nanoprobes of different sub-typed breast cancer cells are prepared by coupling the targeting ligands. Using synchrotron radiation X-ray fluorescence (XRF) imaging technique, the molecular mechanism of interaction is illuminated between magnetic/fluorescent-responsive nanoprobes and different sub-typed breast cancer cells. Finally, the in vitro rapid-detection of different sub-typed breast cancer cells in blood samples is achieved with high-sensitivity and high-selectivity. We believe that this research will provide a new method for in vitro rapid-detection of molecular classification in breast cancer, which will be very valuable for precision theranostics and good prognosis of breast cancer.

乳腺癌严重威胁女性的健康和生命。目前，乳腺癌分子分型诊断主要依靠病理方法，但耗时长、创伤性大。利用影像技术，发展乳腺癌分子分型的体外快速检测方法对实现乳腺癌的精准诊疗意义重大。本项目拟构建基于上转换材料的磁/光响应型纳米探针，通过偶联不同亚型乳腺癌细胞的特异性靶向配体，实现对包括ER、PR、HER2阳性以及三阴性在内的乳腺癌分子分型体外特异性检测。重点研究磁/光响应纳米探针材料的制备与上转换发光/磁共振成像性能调控，不同亚型乳腺癌靶向配体筛选以及特异性纳米探针体系的构建，应用同步辐射X射线荧光（XRF）成像技术阐明纳米探针与不同亚型乳腺癌细胞相互作用的分子机制，实现全血样品中乳腺癌分子分型的“高灵敏性”和“高特异性”快速检测。本项目的研究有望为临床提供一种乳腺癌分子分型体外检测新方法，对实现乳腺癌的精准诊疗、改善预后具有重要的科学意义和潜在的临床应用价值。

乳腺癌疾病严重威胁女性的健康和生命。目前，临床上主要依靠病理分析手段诊断乳腺癌的不同亚型，但分析耗时长、组织活检创伤性大。基于影像方法实现对乳腺癌分子分型的“高灵敏性”和“高特异性”体外检测十分必要。本项目以具有磁共振成像（MRI）和上转换发光（UCL）成像功能的磁/光响应型纳米探针材料为基本单元，以特异性短肽为配体，构建出特异性靶向三阴乳腺癌细胞（MDA-MB-231）、EGFR阳性乳腺癌细胞（MDA-MB-468）和HER2阳性乳腺癌细胞（MDA-MB-435）的磁/光响应型纳米探针，并应用同步辐射X射线荧光（XRF）成像技术研究了纳米探针与细胞的相互作用。取得的主要创新性研究结果如下：（1）构建出多肽分子ZD2（CTVATSAAC）偶联的、基于AuNSs@MOF纳米粒子的磁/光响应型纳米探针（AuNSs@MOF-ZD2），实现了对三阴乳腺癌细胞MDA-MB-231的特异性靶向MRI检测。（2）构建出多肽分子GE11 （YHWYGYTPQNVI）偶联的、基于Gd基核壳上转换纳米粒子（UCNPs）的磁/光响应型纳米探针（GE11-UCNPs），实现了对EGFR阳性乳腺癌细胞MDA-MB-468的特异性MRI/UCL成像检测。（3）构建出多肽分子APA（H-Arg-[3-AMINO-3(1-napthyl)-propionic acid]-Phe-Asp-OH）偶联的、基于Gd基核壳上转换纳米粒子的磁/光响应型纳米探针（APA-UCNPs），实现了对HER2阳性乳腺癌细胞MDA-MB-435的靶向MRI/UCL成像。本项目构建的特异性靶向不同亚型乳腺癌细胞的纳米探针对于发展基于影像的乳腺癌分子分型体外检测具有重要的意义。项目执行期间，项目负责人先后获得河北省教育厅青年拔尖人才、河北大学坤舆优秀学者和河北省杰青。依托本项目，在SCI期刊发表学术论文10篇，发表英文专著章节1篇，申请中国发明专利2项，培养（已毕业）硕士研究生3名。