基于点击化学的氟-18标记DNA多面体结构的分子影像探针制备技术研究

Molecular imaging techniques are rapidly developing in various fields, such as biology, medicine and drug development. As one of them, PET imaging technology has wide application in clinical diagnosis and research. The advantages of PET imaging technology not only rely on high-performance PET instruments, but also depend on good nature of molecular imaging probes. DNA polyhedron structure as one kind of molecular imaging probes has the great potential: small molecular-scale, stable and flexible structure, easy operation, good biocompatibility, precise positioning and modification, etc. Thus, DNA polyhedron structure has been paid attention to in the field of molecular imaging, drug carriers and targeted therapy. F-18 labeled DNA polyhedron structures are obtained through click chemistry between terminal alkynyl modified DNA polyhedron structures (DNA bipyramid and DNA polyhedra) and F-18 labeled precursors. The distribution and metabolism of the two DNA polyhedron structures in small animals will be found out through biodistribution study and PET imaging. We hope that the tumor-targeting transport and specific drug-carrying transport will be achieved through the two DNA polyhedron structures, and that a new class of multifunctional molecular probes will be studied out.

分子影像技术发展迅速，涉及生物、医学、药物研发等多个领域。 其中PET显像技术在临床诊断和基础研究中有着广泛的应用。PET显像技术的优势不仅依靠于高性能的PET仪器，更对性质优良的分子影像探针提出了高要求。DNA多面体结构作为分子影像探针具有不可忽视的潜力：分子尺度小、结构稳定而灵活、易于操作、生物相容性好、可以进行精确的定位和修饰。因此，DNA多面体结构在分子影像、药物载带、靶向治疗等方面受到重视。本课题通过化学手段对DNA多面体结构（DNA三角双锥结构和DNA立方体结构）进行端炔修饰，并利用点击化学方法对这两种DNA多面体结构进行氟-18标记，通过生物分布和PET显像实验，摸索这两种DNA多面体结构在小动物体内的分布规律和代谢情况。希望能够以这两种DNA多面体结构的框架作为药物载体，实现肿瘤的靶向运输和特异性的药物载带，能够研究出一类新的多功能分子探针。

DNA多面体因具有分子尺度小、结构稳定而灵活、易于操作、生物相容性好等特点，所以在分子影像、药物载带、靶向治疗等方面受到重视。.本课题利用点击化学方法对DNA多面体进行氟-18标记，从各个试剂的浓度和用量，反应温度，反应时间，振荡频率等方面出发，研究最佳的标记条件。但是实验结果显示，在click反应中标记效果并不理想，在标记过程中，三角双锥结构破坏严重。.本课题旨在研究DNA多面体在体内外的生物学性质，同时考察将DNA多面体发展为分子影像探针的可能性，所以课题组也进行了锝-99m标记DNA多面体的研究。DNA三角双锥（DBNs）通过一步退火操作得到，利用高效液相色谱等技术进行纯化、表征，证明其结构正确。将ssDNA与MAG3配体基团偶联，再通过氯化亚锡标记方法，将锝-99m标记MAG3-ssDNA，得到99mTc-MAG3-ssDNA，再与T20-DBNs杂交，成功制备99mTc-MAG3-DBNs分子探针。体内分布实验显示，注射探针5-15 min，肝脏，肾脏和脾脏中的放射性摄取增高；15 min后，三个组织中的放射性摄取降低。胃肠道中有一定量的放射性摄取，心脏，脑和肺中的放射性摄取量较低。SPECT/CT显像结果显示信号主要集中在肠道，肝脏和肾脏，胆囊和膀胱也有明显的信号。.DNA立方体（DCNs）的锝-99m标记方法与DBNs的标记方法一样，是利用T20-DCNs与99mTc-A20 ssDNA混匀后杂交得到99mTc-DCNs。体内分布实验显示，注射99mTc-DCNs 4 h内，心脏，肺，肠，胃和脑中的放射性摄取量不高于3 ％ID/g，而在肝脏中的示踪剂摄取量保持在15 ％ID/g以上。注射探针15 min后，肾脏中的放射性摄取量达到了27.00±3.54 ％ID/g；30 min后，肾脏中的放射性摄取迅速下降，为5.77±4.25 ％ID/g。而脾脏中的放射性摄取量，从注射99mTc-DCNs 15 min后的14.23±0.98 ％ID/g下降至4 h后的0.59±0.27 ％ID/g。SPECT/CT显像结果显示在膀胱，胆囊有明显的放射性摄取；肠道也显示出一定量的摄取。.利用锝-99m标记DNA多面体，构建了一种新型的SPECT分子探针。该探针在非侵入性成像技术中具有很大的潜力，在癌症相关疾病诊断和治疗的临床前研究中具有应用价值。