基于聚合物多齿配体的上转换纳米粒子—抗体单偶联荧光探针的制备及应用

Fluorescent probes have played important roles to visualize diagnosis of malignant diseases such as cancer, and have promoted the development of personize medicine. Lanthanide doped up-conversion nanoparticles (UCNPs), which bearing remarkable stability, narrow emissions and deep tissue penetration, have been emerged as prospective NIR fluorescent probes and extensively applied on multiplex imaging, multi-modal imaging, tumor-targeted imaging and theranostic probes. This project focus on design and synthesis a series of non-ionic hydrophilic polymeric multidentate ligands to render UCNPs water-soluble and arrange the bioconjugate groups via one-step surface modifaction. A variety of monovalent UCNP-Antibody fluorescent probes with monodisperse, reduced hydrodynamic size, bright upconversion luminescence and efficient targeting, were constructed by bioconjugation of UCNPs and antibody via bioorthogonal chemistry and copper-free click chemistry. The probes have been found primary applications on trace of immigration of tumor cells in vivo and super-solution imaging of signal pathway in living cells. It will facilitate the precision of diagnosis techniques on nano-size single-particle level.

荧光探针在肿瘤等疾病的可视化诊断方面具有重要的作用，极大地推动了精准医疗的发展。稀土上转换纳米粒子（UCNPs）稳定性高、发射谱带窄、组织穿透能力强，已成为新一代高性能的近红外荧光探针，在多色彩成像、多模态成像、靶向成像和诊疗一体化等方面被广泛应用。本课题设计合成一系列非离子型亲水聚合物多齿配体，一步实现UCNPs表面亲水化修饰，及活性偶联基团可控配置，利用生物正交化学和无铜催化点击化学反应与抗体分子单偶联，高效制备了单分散、水动力学半径小、上转换荧光强、靶向性优良的UCNP—抗体单偶联蛋白荧光探针，初步探索其在肿瘤转移的跟踪成像、细胞信号通路的超分辨成像等方面的应用，发展了单粒子纳米尺度的精准医学检测技术。

荧光探针在肿瘤等疾病的可视化诊断方面具有重要的作用，极大地推动了精准医疗的发展。稳定性高、分辨率高、组织穿透能力强的近红外荧光探针，在多色彩成像、多模态成像、靶向成像和诊疗一体化等领域具有广泛的应用前景。. 本项目合成了多种近红外的稀土无机荧光探针、聚合物纳米荧光探针以及有机无机杂化探针。包括（1）10纳米以下的超小稀土上转换纳米粒子NaYF4:Yb3+,Er3+@NaYF4和其他多种形貌如零维多孔球状、一维棒状和二维片层状的无机近红外荧光探针。（2）ZIF-8表面包覆稀土下转换纳米粒子NaGdF4:Nd3+@NaGdF4（DC）和Cu3BiS3纳米粒子（CBS）的多模探针，可以用于计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI），光声成像（PA）和近红外II区（NIR-II）荧光成像。（3）绿色荧光蛋白衍生物接枝的温敏性聚合物仿生探针。（4）聚多巴胺负载锰的多孔纳米探针，用于MRI成像和热成像。. 另外根据合成的探针，将成像跟肿瘤治疗相结合，拓展其生物应用，实现探针的多功能化和诊疗一体化。（1）我们将聚乙二醇选择性接枝的血卟啉衍生物（HP-diPEG），经过相转移和配体交换，通过配位作用的方式紧密包裹尺寸均一的稀土上转换纳米棒，制备了一类基于发光共振能量转移的近红外光敏剂体系，探索了这类材料在光动力治疗的应用前景。（2）ZIF8这类框架材料具有多孔性及pH响应性，包覆CBS和DC粒子后，能够继续负载阿霉素（DOX），CBS和DOX分别可以作为X射线放疗的增敏剂和化疗药物，具有非常好的放-化疗协同治疗肿瘤的效果。（3）多孔聚多巴胺负载造影剂锰的纳米探针实现了光热治疗和MRI成像的诊疗一体化应用。. 综上所示，本项目通过合成多种纳米粒子，利用表面修饰改性，发展了多种无机荧光纳米探针。在光动力治疗、多模成像及诊疗一体化等领域做了初步探索，为具有临床化应用的探针开发提供新的思路。