新型顺磁性量子点的原位肝癌双模态靶向探测及术中实时导航精准切除研究

The current challenges in early cancer treatment lie on the development of versatile multi-modal probes that can enable clinical real time imaging-guided surgery. However, the current synthesis of the probe materials is limited by simple assembly of individual imaging moieties leading to interference among various functional components. In this proposed study, paramagnetic quantum dots (pQDs) will be developed by introducing paramagnetic Gd ion to the I-III-VI element - based quantum dots during the synthesis. For biocompatibility of pQDs, an effective phase-transfer method will be developed. Under the condition of ultrasound, QDs can be water-solublized with biological proteins. This one-step phase-transfer method can solve the problem of non-specific adsorption of QDs, and effectively weaken blood opsonization and escape RES capture. Upon conjugating with tumor targeting ligands, a new type of bimodal imaging probe is designed and constructed with good biocompatiblity,high fluorescent quantum yield,high relaxation rate, and strong targeting ability for non-invasive continuous dynamic imaging of orthotopic liver tumor. To effectively reduce tumor recurrence caused by incomplete tumor surgical resection, the NIR fuctionality of probe will be employed to distinguish tumor sites and sentinel lymph node during imaging-guided surgery. This project will provide a new strategy for early diagnosis and surgical precision resection of orthotopic liver cancer.

目前突破肿瘤诊疗效果难点的关键是发展多模态、多用途分子影像探针。然而现有多模态分子影像探针大多采用各成像组件通过表面键合组装而成，往往造成探针性能不佳等问题。本项目采用全新思路,以I-III-VI族元素和Gd元素为原料，在量子点合成过程中即引入顺磁性Gd离子，合成出高质量顺磁性量子点（pQDs）；另考虑pQDs的生物适配性，提出一种有效的量子点转相方法，在超声作用下利用生物蛋白一步法转相量子点，解决当前量子点的非特异性吸附问题，有效减弱血液调理作用和RES捕捉；再偶合肿瘤靶向配体，构建出全新模式的生物适配型、荧光效率高、弛豫性能好和靶向性强的新型双模态成像探针。从而实现对原位肝癌非侵入性的连续动态双模态成像。并在此基础上，借助探针的近红外荧光导航功能，术中实施肿瘤和微小转移病灶的切除和清扫，力求解决目前肿瘤手术切除不彻底而易复发的难题。本项目将为原位肝癌的早期诊断和手术精准切除提供新策略。

肿瘤的在体分子影像早期诊断及随后手术精准切除治疗已成为全世界面临的重大医学问题和急需研究和解决的科学问题。而敏感、特异和安全的分子探针合成就成为当今肿瘤成像的核心问题与迫切需要。基于以上考虑，本项目重点研究全新模式的双模态影像探针的合成新方法，试图解决以往传统合成方法的弊端（如多模态探针合成过程繁琐，尺寸偏大、结构稳定性下降、各组件功能相互削弱、表面可利用率降低等问题）；本项目率先做到将荧光成像元素和MRI元素通过化学合成融合在一个量子点晶格内，其具有量子点尺寸效应、晶体结构稳定、光学/弛豫性能可调等优势。本项目系统合成了系列化顺磁性非镉量子点，即Gd-Zn-Cu-In-S/ZnS (GZCIS/ZnS)核壳荧光量子点（pQDs）。在量子点合成过程中即引入顺磁性Gd离子，合成出成像优势互补的荧光效率高、弛豫性能好的pQDs。同时考虑pQDs的生物适配性，采用蛋白或PEG转相方法，有效逃离RES捕捉。所获得的pQDs的纵向弛豫率可高达15.78 mM-1 S-1。另外可通过调控Zn/Cu比例即可获得具有不同发射波段的pQDs，最大发射峰可到达735 nm，处于近红外窗口，利于生物组织成像。所获得pQDs在pH3.5-12，盐浓度0-2.0 M内胶体稳定性和荧光稳定性良好；弛豫稳定性优异，生物安全性佳。探针在肝脏、肿瘤富集明显。利用该系列pQDs，实现了在体原位肿瘤的荧光/MRI双模式成像探测；精确区分正常组织和病变部位，实施近红外荧光实时引导下的肿瘤精准切除。本项目其科学意义在于：（1）为构建双模态探针提供“全新模式”，解决当前双模态探针机械式组装拼接方法带来的弊端。（2）可显著提高探针表面可利用率。当前纳米颗粒表面偶联或组装其他成像组件使得探针表面可利用率下降，造成后续其它功能单元（如靶向配体，药物分子等）载量大幅减少。（3）为原位实体肿瘤的在体诊疗一体化提供可行性依据。本项目通过一系列体外实验和肿瘤动物模型验证了该类顺磁性量子点探针的可靠性。在项目实施过程中发表高水平SCI收录论文18篇，主编英文专著一部；获得奖励2项；超额完成了预期目标。