功能酶模拟仿生探针及其对乳腺癌特异性催化诊疗研究

Designing efficient and specific nanoprobes are considered as important research directions in the field of breast cancer therapy. Recently, tumor microenvironment (TME) responsive theranostics arise much attention due to high specificity. However, at present, a series of deficiencies, such as complicated synthesis process, metabolic difficulties, and poor tumor-specific, limit their clinical conversion. In previous study, we found that nanoprobes can be synthesized in situ using protein as the template, depending on specific amino acid sequences. However, the role of protein plays is usually single, and their activity is usually lost. In this project, Gd@HRPABTS nanoparticles are synthesized using biocompatible horseradish peroxidase (HRP)-mediated biomimetic strategy. Then, ABTS can be oxided by H2O2 in TME, triggering significant PTT and PDT effect. Thus, it can be realized MR/PA imaging-guided breast cancer catalytic phototherapy. This project is focus on studying the multiple functions and activity regulation of enzymes in biomimetic chemistry. Then, TME-responsive nanoprobes will be prepared depending on the specific amino acid sequence of HRP, providing new strategy for real-time monitoring of accurate breast cancer therapy.

设计和研发高效、特异性诊疗探针被视为乳腺癌治疗领域中的重要研究方向。近年来基于肿瘤微环境响应的诊疗因具有肿瘤高特异性而备受关注。然而，目前该类探针存在合成方法繁琐、代谢困难，且特异性差等问题，造成临床转化困难。我们前期研究发现利用蛋白可原位仿生合成诊疗探针，但蛋白功能单一且活性基本丢失。本项目围绕酶仿生合成和酶催化诊疗策略，拟采用生物相容性好的辣根过氧化物酶（HRP）仿生合成光疗惰性的超小Gd@HRPABTS纳米粒。在肿瘤高表达的H2O2微环境中，HRP仍保持活性并高效催化底物ABTS氧化，获得具有强近红外吸收和能大量产生单线态氧的活性产物，联合顺磁性Gd，可实现肿瘤特异的MR/光声双模态影像指导下的光热/光动力联合治疗。本项目将深入研究酶在仿生化学中的多重功能和活性调节，利用酶特定氨基酸序列和肿瘤特异催化特征，仿生合成肿瘤特异响应的诊疗探针，为乳腺癌精准催化治疗及实时疗效监测提供新策略。

设计和研发高效、特异性诊疗探针被视为肿瘤治疗领域中的重要研究方向。近年来，基于肿瘤微环境响应的诊疗探针因具有肿瘤高特异性而备受关注。然而，目前该类探针的制备方法繁琐且探针存在体内代谢较为困难、特异性差等问题，造成临床转化困难。我们前期研究发现利用蛋白可原位仿生合成纳米诊疗探针，但蛋白功能单一且活性基本丢失。. 本研究围绕酶仿生合成和酶催化诊疗策略，采用生物相容性较好的辣根过氧化物酶（HRP）仿生合成/仿生集成光疗惰性的超小Gd@HRPABTS纳米探针，其尺寸为4 nm，水合粒径为7.5 nm，纵向弛豫率可高达11.47 mM-1•s-1，r2/r1=1.8。此外，HRP能保持70%活性，并能高效催化底物ABTS与H2O2反应生成光敏物质，具有强近红外吸收能力和光热转换效果。因此，联合Gd纳米探针，可实现肿瘤特异的磁共振（MR）/光声双模式影像指导下的光热治疗。最后，该探针可经肾代谢后以尿液形式排出体外。. 此外，针对不同皮肤肿瘤中H2O2表达量差异的特点，申请人利用该探针与H2O2反应产生的光敏物质的光声信号不同，实现了黑素瘤和皮肤鳞癌两种皮肤肿瘤的鉴别及其特异性治疗。. 本项目其科学意义在于：（1）发现了功能酶仿生合成探针后，活性高效保留，并可利用该活性实施肿瘤诊疗；（2）为肿瘤特异性的诊断和治疗提供了新方法；（3）根据不同肿瘤的微环境差异，为肿瘤区分和无创鉴别提供了新思路。. 在项目实施过程中发表SCI收录论文9篇，授权2项国家发明专利，申请人也获得同济大学优秀出站博后，超额完成了预期目标。