基于BmK CT 的新型纳米探针构建及其对脑胶质瘤的分子影像诊断与靶向治疗研究

As an analogue of chlorotoxin, Buthus martensii Karsch chlorotoxin (BmK CT) was isolated and purified by Chinese scientists. It has been demonstrated that BmK CT can inhibited glioma cells growth and metastasis by specifically blocking the chloride ion channels and matrix metalloproteinase-2 on tumor cells. In the former work of our group, we successfully radiolabeled BmK CT with I-131. The inhibition rate of 131I-BmK CT to C6 glioma cells was significantly higher than that of unlabeled BmK CT. The in vivo imaging study showed that 131I-BmK CT accumulated in C6 tumors with good contrast. However, the spatial resolution of SPECT is limited. On the basis of previous work, we aim to combine 131I-BmK CT with dendrimer-entrapped gold nanoparticles, demonstrate its binding affinity and inhibition rate of malignant glioma cells in vitro and in vivo, and display its potential for targeted radiotherapy of glioma. Our study will provide a novel theranostic nanoprobe for non-invasive imaging and targeted radiotherapy of malignant glioma.

东亚钳蝎氯毒素BmK CT是由我国科学家分离、纯化的蝎氯毒素类似物，能够特异性结合脑胶质瘤细胞上的氯离子通道和基质金属蛋白酶2，抑制胶质瘤细胞的浸润生长和迁移。本课题组前期对I-131标记BmK CT在脑胶质瘤动物模型上进行了分子影像及靶向治疗研究，结果提示131I-BmK CT能够显示荷胶质瘤动物的肿瘤病灶且明显抑制肿瘤的生长。但SPECT显像的空间分辨率有限，CT显像可提供精确的解剖信息。由于树状大分子包裹金纳米颗粒具有优异的表面修饰性、生物相容性及CT成像性，且在肿瘤组织中有增强的通透与滞留效应（EPR 效应），可作为构建肿瘤多模态分子探针的理想载体。本研究拟用I-131标记BmK CT修饰的树状大分子包裹金纳米颗粒，制成靶向胶质瘤的新型诊治一体化纳米探针，并在体内、外评价其靶向显示及治疗胶质瘤的效果，为活体内实时、无创监测胶质瘤疗效提供多模态分子影像学方法。

胶质瘤是发病率最高的原发性颅内肿瘤，具有侵袭性强、与周围正常组织分界不清的特点。目前手术治疗效果不佳，且极易复发，尚无精确的诊断技术和有效的治疗方法。东亚钳蝎氯毒素(BmK CT)是提取于东亚钳蝎毒液中的小分子多肽，可以特异性与胶质瘤细胞，有潜力成为一种靶向分子用于胶质瘤显像和治疗。本项目制备了99mTc和131I标记的BmK CT，在体内外证实标记物具有良好的靶向胶质瘤的性质以及显像和治疗胶质瘤的能力；通过机制研究，发现BmK CT通过降低基质金属蛋白酶-2（MMP-2）和MMP-9的活性和表达，抑制胶质瘤细胞侵袭性，而且改变其15位和25位赖氨酸为精氨酸，可以提高其在胶质瘤细胞中的摄取。在此基础上，本研究以BmK CT为靶向分子，聚乙酰亚胺为载体，内部包裹金纳米颗粒，表面修饰BmK CT靶向分子，131I标记后，成功制备了BmK CT-Au PENPs-131I分子探针，并在体内外评价其靶向显示及治疗胶质瘤的效果。结果显示，BmK CT-Au PENPs-131I的标记率约为70%，经纯化后放射性化学纯度达到99%以上，体外稳定性良好；BmK CT作为靶向分子修饰后，使BmK CT-Au PENPs-131I具备胶质瘤靶向性，可提高在胶质瘤细胞的摄取；BmK CT-Au PENPs-131I在体内可选择性聚积在胶质瘤组织中，具有良好的SPECT/CT显像效果，同时可抑制胶质瘤细胞的生长，促进胶质瘤组织的坏死和凋亡，而对主要器官如肝脏、脾脏、肾脏等无明显损伤。BmK CT-Au PENPs-131I有望成为一种进行胶质瘤SPECT/CT显像和靶向治疗的分子探针，有潜力为胶质瘤的诊断和治疗提供一种新途径。此外，本项目总结了放射性核素标记的树状大分子在核医学领域，尤其是核医学显像领域的研究成果和发展趋势，并利用树状大分子构建多种纳米探针，用于血池、不同脏器、淋巴结和肿瘤凋亡显像，以及内部包裹治疗基团（如化疗药物）实现肿瘤靶向递药以及诊疗一体化应用。本项目研究成果在ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Nanobiotechnology、Drug Delivery等期刊发表论文22篇，培养博士研究生1名、硕士研究生1名。