19F NMR/MRI用于实时定性和定量检测磷酸酶/酪氨酸激酶

The classic pair of phosphatase (for dephosphorylation) and tyrosine kinase (for phosphorylation) is of vital importance in regulating cellular communication, gene expression, cell growth, and cell death. Disorder of this enzyme pair would induce the occurrence of immunological diseases and cancer. Therefore, it is urgently needed to develop a new analytical method for qualitative and quantitative detection of these two enzymes in situ. Several researches have reported using the dephosphorylation and phosphorylation of these two enzymes to develop enzymatic self-assembly/disassembly systems. However, they were not employed for qualitative and quantitative detection of these two enzymes vice versa. Current methods for sensing of these two enzymes are mostly fluorescence, and nanoprobes-based. Herein, we propose a new method for qualitative and quantitative analyses of these two enzymes in situ using 19F NMR/MRI. We will develop series of 19F hydrogelators and use phosphatase/kinase to self-assembled/disassemble hydrogels. Self-assembly and disassembly of hydrogels will lead to “off” and “on” 19F NMR/MRI signals due to the transverse relaxation of the 19F nuclei spin. Using the 600 MHz NMR/μMRI system of High Magnetic Field Laboratory (HMFL) of Chinese Academy of Sciences (CAS), we will fulfill the qualitative and quantitative detection of these two important enzymes in situ.

磷酸酶和酪氨酸激酶是生物体内一对极为重要且典型的功能相反的酶。其功能失调和癌症及其他炎症的发生密切相关。因而，找到一种分析方法实现对这一对酶的活性进行实时、定性、和定量检测显得尤为重要。目前已有报道利用其功能相反的性质设计了一些酶控组装/解组装的体系。但是反过来，该自组装体系并没有被利用于对这一对酶活进行定性和定量测定。现有的方法多集中于传统的荧光方法，并且大多需要使用复杂修饰的纳米粒子。基于这一现状，我们提出一种利用19F NMR/MRI来实时检测磷酸酶和酪氨酸激酶的新方法。设计一组含氟原子的功能化小分子水凝胶前体化合物。该类化合物可以分别对磷酸酶和酪氨酸激酶响应发生组装和解组装水凝胶，从而导致其19F NMR/MRI信号由于横向驰豫的原因而相应“关”和“开”。利用中科院强磁场科学中心的600 MHz固体核磁及其微成像系统，我们可实现对这对重要酶的活性进行进行实时的定性和定量检测。

癌症的早期诊断、治疗、疗效评价是人类在对抗癌症过程中三个最重要的环节。磁共振成像具有空间分辨率高的优势，光学成像具有实时、高灵敏度的优势，可以用于早期诊断癌症。本项目将模拟自然，设计智能的小分子探针/药物，利用一个新型缩合反应平台，在癌细胞内蛋白水解酶的作用下，引发被细胞摄取的小分子自身的缩合反应并在细胞内控制性地自组装成纳米粒子；或者利用超分子水凝胶体系，通过磷酸酶和酪氨酸激酶来调控探针的成胶及解胶过程，达到对酶活性的检测，从而用于癌症的早期诊断、治疗以及疗效评价。本项目共计发表论文23篇，总影响因子177.265，平均影响因子7.707。其中，2016年3月31日在国际著名学术期刊《纳米快报》上报道了一种能在化疗肿瘤内“智能”自聚集的磁共振纳米造影剂，并在构建有凋亡肿瘤模型的小鼠体内验证了其优异的肿瘤成像效果；2016年6月27日在国际著名学术期刊《美国化学会－纳米》上报道了一种利用细胞内组装－解组装萤光素纳米粒子的策略，实现体内外脂肪酸酰氨水解酶活性的持续跟踪，并在构建有肿瘤模型的小鼠体内验证了其优异的肿瘤持续生物自发光成像效果。2016年8月17日在国际著名学术期刊《美国化学会会刊》上报道了一种在细胞内外不同生物分子诱导下组装成不同结构纳米纤维的“智能”小分子，该小分子水凝胶前驱体“一石二鸟”的设计，实现了细胞内外环境的区分。2017年1月8日在国际著名学术期刊《美国化学会会刊》上报道了一种通过化学发光直接表征和成像水凝胶前体的自组装过程的策略，实现了通过化学发光来跟踪碱性磷酸酶诱导的水凝胶前体的成胶过程。