针对循环肿瘤细胞捕获、检测及其原位诱导凋亡的个性化“抗转移”纳米诊疗探针的构建及其临床应用探索

Circulating tumor cells (CTCs) play an important role in the initiation of metastasis. This project aims to design an individualized anti-metastatic theranostic nanoprobe with simultaneous separation, detection (SERS+ fluorescence) and in situ chemotherapy multifunctions within a single nanoconstruct for the single CTCs. Based on FePt and Au nanoparticles, the nanocomposites were successfully synthesized conjugated with the targeting EpCAM and PEG, etc. Combined with the superparamagnetic FePt with the surface-enhanced Raman scattering (SERS), the as-prepared theranostic nanoprobe is able to sensitive capture and efficient detect the single CTCs and obtain the visual information of diagnosis and therapy. Based on pH-responsive FePt "chemotherapy" and Au “photothermal therapy” dual effects, we expect to obtain the apoptotic mechanism of CTCs, which is potential for anti-metastasis nanomedicine. For the early warning and intercepting of cancer metastasis, we research the feasibility, selectivity and sensitivity of the individualized theranostic nanoprobe and establish a new method for the clinical application of capture、detection and apoptosis of single CTCs.. Through the project, we hope to develop a sensitive method that can capture, detection and in situ apoptosis the CTCs in whole blood within a single nanoconstruct to provide experimental and theoretical basis for the promising anti-metastasis clinical nanomedicine platforms.

本项目以造成恶性肿瘤转移的关键对象--循环肿瘤细胞（CTCs）为研究对象，拟设计一种集特异性富集、荧光/SERS联合检测及原位诱导凋亡多功能于一体的个性化“抗转移”纳米诊疗探针，实现对CTCs的单细胞检测与分析。通过EpCAM抗原修饰的FePt的超顺磁性、Au纳米颗粒的优异的光学性质（SERS），实现对循环肿瘤细胞的特异性磁性富集、高灵敏的SERS检测及可视化信息采集。从理论上研究材料的磁性对SERS增强效应。研究pH值响应的FePt“化疗”和Au纳米颗粒光动力“热疗”对外周血中CTCs、临床实体瘤双重诱导凋亡效果及其机制。. 通过对本项目的实施，从分子、细胞和临床(实体瘤+CTCs)三个层次建立对临床外周血中CTCs特异性识别、富集及其原位诱导凋亡的新方法与新理论，实现肿瘤转移早期预警及其立即阻断。为临床上全血液中新型个性化“抗转移”纳米诊疗药物的研制提供科学依据与理论基础。

本项目以造成恶性肿瘤转移的关键对象--循环肿瘤细胞（CTCs）为研究对象，设计了一种集特异性捕获、检测及原位诱导凋亡多功能于一体的个性化“抗转移”纳米诊疗探针，实现了对肿瘤单细胞检测与分析、原位诱导凋亡，开展了如下相关的研究工作：. （a）基于Fe3O4纳米微球的超顺磁性和FePt纳米颗粒的化疗作用，以Fe3O4@SiO2为核心，外层均匀包裹FePt纳米颗粒的复合材料，设计并制备了新型的Fe3O4@SiO2-FePt纳米材料，该材料集肿瘤细胞双模式诊断、治疗及分离等多功能于一身，其在癌症的早期诊疗中具有十分重要的意义。.（b）基于荧光成像过程中材料的荧光经常会受到来自细胞、组织等本底荧光信号的干扰，对检测的灵敏度造成较大影响，通过选择具有较长荧光寿命的PTTA-Eu3+染料替代FITC，制备了一种新型的纳米材料FePt-PTTA-Eu-FA（FPEF）。利用时间分辨荧光成像模式，可以有效的消除荧光成像过程中存在的背景干扰的问题，从而极大地提高检测的灵敏度。.（c）以FeCoO纳米颗粒为基础，表面修饰上稀土荧光配合物PTTA-Eu3+，制备了一种具有较强磁共振信号和时间分辨荧光信号的双模式纳米复合材料,实现了肿瘤细胞内的T2磁共振和时间分辨荧光双模式成像检测、对肿瘤组织的原位磁共振和时间分辨荧光双模式检测。.（d）基于普鲁士蓝纳米立方体(PB NCs)的光热转换能力、大比表面积和FePt纳米颗粒的化疗及催化作用，以PB NCs为核心，制备了新型的PB@FePt纳米复合材料，实现了比色检测双氧水(H2O2)，并可在体外实现肿瘤细胞的比色检测。修饰靶向试剂玻尿酸后，PB@FePt-HA-g-PEG实现了多模诊断及多模治疗功能于一体，在癌症的体外快速检测及早期诊疗中具有十分重要的价值。.（e）基于超薄二硫化钼(F-MoS2)的超高比表面积与FePt纳米颗粒的协同催化效应，设计并制备了新型的F-MoS2-FePt纳米复合材料，实现了对H2O2的比色检测及肿瘤细胞的体外比色检测能力，在血糖的快速比色检测及癌症的快速体外检测具有重要意义。.以上几种材料，详细研究了pH值响应的FePt“化疗”对肿瘤细胞（CTCs）、小鼠实体瘤双重诱导凋亡效果及其机制。对FePt材料诱导细胞凋亡的机理进行了深入研究，通过系列的实验首次证明了FePt材料导致的细胞凋亡属于铁死亡机理。