生物学可控的Her-MNP纳米平台的构建、评价及分子显像的研究

Trastuzumab (Herceptin®) is an effective targeted therapy for HER2 positive metastatic breast cancer, Gastric and esophageal cancer. However, the critical problem of tumor recurrence and metastasis, therapy resistance and cardiac toxicity significantly remains to be a tough challenge. We using ultra small, bionic melanin nanoparticle for Trastuzumab modification in this project. The molecular defined and pH sensitive poly lactic acid will be designed as a ligand to connect between antibody and MNP. Bio-controllable Her-MNP nano platform will be constructed and evaluated for tumor multi-modality (PET/MRI/PAI) molecular imaging by coordinating with different metals. Her-MNP may "cheat" the P-glycoprotein which located on the surface the tumor, and accordance with the changes in the tumor micro-environment to improve the bio-availability of the drug and reduce its inherent cardiac toxicity. By advanced molecular imaging techniques, Her-MNP can monitor the expression of receptor in the progress of tumor in organ. It may give more visualized information which related to the HER2 pathway. Her-MNP is expected to lay a fundamental theoretical basis for tumor targeted molecular imaging based on monoclonal antibody and nano platform.

以曲妥珠单抗 (trastuzumab)为代表的靶向治疗极大改善了HER2阳性乳腺癌、胃/食管癌患者的预后。但曲妥珠单抗的使用存在复发转移、肿瘤耐药及心脏毒性等显著的问题。本项目选取超小粒径的仿生黑色素(Melanin)纳米粒子对Trastuzumab修饰，以独创的分子量可控、pH敏感的聚乳酸为链，构建生物学可控、融合单抗和纳米粒子双重优势的多模态Her-MNP纳米平台，并通过偶联不同的金属离子实现PET/MRI/PAI多模型分子显像。Her-MNP能“欺骗”肿瘤细胞表面的P-糖蛋白将化疗药物带入胞内，并根据肿瘤微环境的变化缓释单抗以提高生物的利用度及降低其固有心脏毒性。本项目还将借助于分子影像技术，为乳腺癌治疗过程中耐药性和/或复发转移提前预警，并为HER2生物学行为密切相关的信号转导通路的提供可视化方法。Her-MNP的研究有望奠定基于单抗-纳米平台用于肿瘤分子靶向诊疗的理论基础。

本项目在 Her 单抗治疗 HER2+高表达肿瘤方面，开展以超小黑色素纳米（MNP）为核心构建多模态生物学可控的纳米分子影像探针研究。.项目以黑色素生物类似物为原料，利用超声破碎法制备超微粒径黑色素纳米粒子，使用双氨基结构的聚乙二醇对纳米粒子进行表面修饰，获得具备良好生物相容性和活性氨基基团的PEG-UMNPs纳米载体。采用动态光散射、透射电镜、红外光谱以及核磁氢谱对纳米粒子进行充分的形貌表征。后续实验分两部分进行，首先构建以人表皮生长因子受体-2（HER2）和 生长抑素受体2（SSTR2）为靶点的多模态成像探针，利用缩合反应将含有巯基的赫赛汀和奥曲肽分别与PEG-UMNPs表面氨基结合，UMNPs自身具备的金属吸附功能可以吸附顺磁性金属离子Mn2+作为MRI信号分子，同时通过亲电反应标记长半衰期正电子核素124I/64Cu作为PET信号分子，构建了多模态成像探针。.结果如下：.1. 对 MNP 进行重新设计，通过偶联 Trastuzumab 单抗，并进行相关金属核素（本项目探索了多种金属核素68Ga，89Zr，64Cu，177Lu以及124I标记OCT-PEG-MNP，标记率均在95%以上）标记，获得可用于多模态分子显像的平台；.2. 与单位消化内科合作建立起HER2高表达PDX肿瘤模型，并通过多种手段（如ELISA, DNA扩增技术, WB, HE/IHC技术）验证了该模型的有效性以及稳定传代的技术问题；.3. 构建并表征64Cu-HER2-PEG-MNP，通过利用分子生物学/核医学等多种方法进行金属标记的 Her-MNP 纳米分子探针的受体靶向性、细胞摄取机制；.4. 研究表明64Cu-HER2-PEG-MNP对HER2阴性小鼠具有相对更高的靶向性，与124I-PEG-MNP相比，124I-HER2-PEG-MNP对HER2阳性小鼠中的肿瘤更敏感和具有较好的靶向性。.5. 进一步构建SSTR2靶向多模式显像剂 (124I，Mn)-OCT-PEG-MNP，其体外表现出良好的稳定性、生物相容性以及安全性，荷瘤鼠生物分布显示其对小鼠NCI-H69肿瘤具有高度的敏感性和较强的靶向性。.上述研究成果构成一套新型肿瘤分子探针平台，及基于可降解的黑色素新型肿瘤分子影像平台。同时基于该平台开展系列其他靶点肿瘤的研究。