活性氧敏感聚合物荧光纳米探针的构建及其在β-淀粉样蛋白聚集分析中的应用研究

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by memory loss, cognitive dysfunction and abnormal behavior. One of the main pathological hallmarks of AD is the extracellular accumulation of amyloid plaques which are primarily composed of amyloid β peptides (Aβ) derived through the proteolysis of amyloid precursor protein. Aβ tends to aggregate into oligomers and successively fibrils under abnormal conditions along with the production of reactive oxygen species (ROS). Aβ oligomers and ROS are highly toxic to nerve cells. In this project, we will develop several ROS-sensitive fluorescent polymer nanoprobes which possess the functions of signal amplification, ratiometric sensing or multi-label for the sensitive and selective detection of Aβ oligomers and ROS. Then, we will push the research forward by developing multifunctional polymer nanoprobes to achieve the simultaneous monitoring of Aβ oligomers and ROS. Based on that, we will investigate the relationship of ROS production and Aβ aggregation. The exploration on the inhibition and disaggregation ability of polymer nanoprobes with photosensitizers will also be included. This research will provide valuable methods and techniques for the early diagnosis and treatment of AD.

β-淀粉样蛋白（Amyloid β, Aβ）是与神经退行性疾病阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）密切相关的一种蛋白，其在脑内的异常聚集会生成细胞毒性很强的Aβ寡聚体和活性氧，从而引起神经元损伤，诱导AD发病。在本项目中，我们拟采用高分子聚合物材料构建多种活性氧敏感的聚合物荧光纳米探针，利用纳米探针具有活性氧敏感、信号放大、多功能标记等特性，结合特异性识别寡聚体的核酸适配体和抗体、酶催化反应，以及活性氧参与的特定化学反应，以实现对Aβ寡聚体和活性氧的高灵敏、高选择性检测。在此基础上，构建可以同时检测寡聚体和活性氧的聚合物荧光纳米探针，并利用其探讨Aβ的聚集机制及Aβ聚集与活性氧的关系；发展活性氧可控的光敏聚合物纳米粒子，利用光动力学效应进行Aβ聚集抑制和分解聚集体研究。该项目的开展将为阿尔茨海默病的早期诊断和治疗提供重要的实验依据。

β淀粉样蛋白（Aβ）和活性氧（ROS）被认为是阿尔茨海默病（AD）致病机制中两类关键物质。A的动态失衡会引起A沉积，形成老年斑，损害神经元；而ROS会引起生物大分子的氧化损伤，从而导致大脑功能紊乱，因此发展A和ROS检测探针，以及建立Aβ和ROS消除方法，对于AD的早期诊断、治疗和正确理解AD的致病机理具有重要意义。.在基金的资助下，本项目开展了以下三个方面的工作：1. ROS和Aβ检测探针的构建与分析应用。利用唾液酸和A的相互作用，发展了A灵敏检测的方法，实现了A聚集过程的监控，该方法还用于A聚集抑制剂的筛选；结合磷脂聚合物和荧光共振能量转移效应，构建荧光纳米探针实现了H2O2的高灵敏高选择性检测；设计合成了NO响应近红外荧光探针MBTD，成功用于细胞NO含量变化的检测；设计合成丙酮醛（MGO）响应近红外荧光探针DBTPP，实现了AD小鼠脑内MGO的活体成像。2. Aβ聚集抑制及降解研究。利用丹参酮与Aβ特异性相互作用，以及光敏剂Ce6产生ROS的能力，实现了Aβ聚集体降解和Aβ的聚集抑制；构建近红外光响应药物递送纳米粒PDLC，PDLC具有Aβ靶向性、热效应和药物释放能力，有效抑制/分解了Aβ沉积；合成短肽-聚合物纳米胶束MPGLT，通过激活细胞自噬降解Aβ，同时消耗ROS，成功降低了Aβ与ROS的神经毒性。3. 基于Aβ聚集多肽组装纳米材料的分析应用。以Aβ片段为基础，设计发展了比率型荧光纳米探针，实现了细胞和活体水平上Zn2+和Cu2+的同时检测与成像；利用Aβ衍生多肽组装的纳米管作为模板，在其表面同时修饰靶向基团、荧光探针和光敏剂、抗癌药物，以及采用生物矿化的方法，制备了负载CuS纳米粒子的纳米线，这些材料实现了深层的肿瘤渗透以及对转移性肿瘤的高效治疗。.以上研究成果为AD的早期诊断及有效治疗提供了新的方法思路。