多肽修饰的多色荧光磁性纳米探针的构建及肿瘤的可视化诊断研究

Matrix metalloproteinases paly an important role in the development of tumor invasion and metastasis. Therefore, the establishment of rapid sensitive detection of matrix metalloproteinases will provide valuable reference for the early diagnosis and clinical prognosis of tumour disease assessment. However, the traditional detection methods lack the specific response for MMP, and most of which are using monochromatic fluorescent switch, with low visualization and poor sensitivity. Against this background, we are devoted to the screen of various peptides which have specific response for MMP, and construct a series of peptide modified multicolor fluorescence magnetic nanoprobes through the connection of rare earth nanomaterials with different fluorescence characteristics and magnetic responsiveness on both ends of the peptide chain. With the aid of magnetic separation technology and the enzymolysis of polypeptides, we will realize the in vitro visual multicolor-fluorescent detection of matrix metalloproteinases and carry out the research in the early diagnosis of tumors. With the aid of magnetic positioning, the nanoprobes will be enriched in tumor lesions rapidly and then reduce the circulation of itself in the bodies, thus improving the efficiency of the clinical visual detection of MMP. We will also carry out the research of in vivo monitoring and prognosis assessment of tumors. Summarizing the new knowledge and relational rule, we will provide useful informations and academic foundations to the design and application of these polypeptide modified novel magnetic rare-earth nanoprobes.

基质金属蛋白酶(MMP)在肿瘤的发生发展和侵袭转移中扮演了重要的角色。因此，建立MMP的可视化快速灵敏检测可为肿瘤疾病的早期诊断及预后评价提供有价值的参考。但是，传统检测方法缺乏对MMP的特异性响应，且现有检测大多采用单色荧光开关进行识别，可视化程度低，灵敏性较差。针对这一背景，我们拟在已有成果基础上筛选对MMP具有特异响应性的多肽，并通过功能化修饰在肽链两端引入具有不同荧光特性及磁响应性的稀土纳米材料，构筑一系列多肽修饰的多色荧光磁性纳米探针。借助磁性分离技术及多肽的酶切作用实现基质金属蛋白酶的体外可视化多色荧光检测，进行肿瘤早期诊断的研究；通过磁场定位实现探针在肿瘤病灶处的快速富集，减少探针在体内的循环，提升MMP的临床可视化检测效率，进行肿瘤在体监测及预后评估等方面的研究。总结所获新知识及有关规律，为多肽修饰的新型磁性稀土纳米探针的设计应用提供新的思路和方法。

目前，针对基质金属蛋白酶等生物分子的纳米荧光传感器通常表现为单一的荧光开关，只能通过单色荧光的逐渐增强或减弱来实现，检测灵敏度相对较低，检测时间相对较长，很难通过肉眼直观地进行分析。因此，为了更加直观快速的对生物标记物进行检测并逐步实现临床化应用，设计开发多色荧光传感器并进行生物分子的可视化检测具有重要的理论创新和研究价值。项目围绕多色稀土纳米复合材料的制备及其性能研究，重点开展了多肽修饰的多色荧光磁性纳米探针的构建及金属基质蛋白酶和凝血酶等的荧光检测、多肽荧光传感器的设计合成以及其在荧光成像方面的研究、多色稀土荧光纳米复合传感器的构筑及炭疽病毒或半胱氨酸的可视化智能检测、多色稀土荧光纳米复合传感器的构筑及抗生素的检测或同步降解研究及多色稀土纳米光功能材料的构筑及指纹识别和光信息存储方面的研究。. 项目负责人组织项目内成员已经按照研究计划完成了预期目标，取得的研究成果包括：.1）构建了磁性稀土多色纳米荧光探针并实现了生物标记物的可视化检测.2）设计并制备了系列多肽荧光传感器并研究了其荧光成像性能.3）围绕无机黏土类基质，设计并制备了系列多色稀土杂化纳米荧光传感器，借助手机中色度分析APP实现了炭疽螺旋杆菌的多色可视化智能检测.4）将有机染料、碳点等荧光团与稀土元素进行复合，得到了系列稀土多色荧光传感器，开发多种逻辑门控组件并实现了环境样品中抗生素的多色可视化智能检测.5）围绕多色稀土荧光复合材料的制备及性能拓展，制备了系列多通道刺激响应多色稀土纳米复合物，实现了光信息存储及潜指纹识别. 通过不懈的努力，完成了计划书拟定的研究目标，研究结果在《Journal of Material Chemistry B》，《Journal of Hazardous Materials》，《Chemical Engineering Journal》，《ACS Applied Materials & Interfaces》，《Applied Surface Science》，《ACS Biomaterials-Science & Engineering》等国际期刊上发表SCI 论文18 篇，申请国家发明专利2 项，获得国家授权发明专利1 项，其中项目负责人以第一作者或通讯作者发表论文18 篇。培养硕士研究生及博士研究生11名。