光声成像引导下肿瘤靶向治疗的金纳米探针的构建及应用研究

The early diagnosis and efficient therapy is one of the hot spots and difficulties in cancer research. Gold nanoprobes not only can improve cancer detection with high sensitive and specific by photoacoustic imaging, but also can realize efficient therapy through photothermal effect and drug delivery performance. The construction of multifunctional gold nanoprobes for cancer theranostics is the development trend of current research. Thus, this project will first synthesis gold nanorods and gold nanocages as nanocarriers, respectively. Then, nucleic acid will self-assemble on the surface of gold nanoparticles via Au-S bonding. Finally, anticancer drugs will be bound to the surfaces or encapsulated in the hollow interior of these nanomaterials to form multifunctional gold nanoprobes with photoacoustic enhancement effect, high photothermal conversion ability and controlled drug delivery. Photoacoustic imaging system based theranostic platform will be constructed to systematically assess the theranostic performance of these gold nanoprobes in cancer cells, tumor-bearing chicken embryo and mice model. The mechanism and method associated between diagnosis and treatment will be discussed. This project will provide a new technology in cancer theranostics, and will promote the development of nanomaterial in clinical applications.

早期诊断和有效治疗是癌症研究领域的热点和难点之一。金纳米探针既可以通过光声成像提高癌症诊断的灵敏度和准确度，又能利用光热效应和载药性能实现癌症的有效治疗。如何进一步构建多功能金纳米探针促进癌症的诊疗一体化应用，是目前研究的发展趋势。基于此，本项目将分别以金纳米棒和金纳米笼为载体，利用核酸的表面自组装修饰，通过药物分子的特异结合或内部装载，构建具有光声信号增强效果、高效光热转换能力、药物可控运输的多功能金纳米探针；通过搭建光声成像和双模式治疗相结合的技术平台，以肿瘤细胞、荷瘤鸡胚胎和荷瘤裸鼠三个不同层面为研究对象，系统评估多功能金纳米探针在光声成像引导下靶向治疗的性能，探讨诊断和治疗的关联机制和新方法。本研究有望为癌症诊疗一体化研究提供新技术手段，为推动纳米材料在临床中的应用发挥积极作用。

本项目面向癌症早期诊断和有效治疗的临床重大需求，探索纳米材料在提高癌症诊断的准确度和灵敏以及改善疗效等方面的应用。本项目的研究内容主要包括金纳米棒和金纳米笼等纳米载体的构建，并对其在光热转换、光声信号、药物递送等方面的性能进行考察；同时构建了不同的肿瘤模型，以探讨纳米载体在诊断和治疗过程中的关联机制和应用前景。研究结果表明金纳米粒子的光热转换性能和光声信号与其表面修饰密切相关；现有的光声成像技术和平台在成像信噪比、分辨率、成像时间、穿透性等方面，仍需进一步的优化和改进；另外，本项目成功构建荷瘤鸡胚模型，可获得亚毫米级肿瘤微环境，并借助光学显微成像平台可观察到微血管的结构和功能信息，有利于进一步探讨纳米载体与肿瘤微环境的相互作用。在此基础上，本项目还开展了声操控技术用于纳米载体的递送研究，并初步实现体外细胞水平的纳米载体靶向运输，为纳米载体的递送提供新的思路；另一方面，针对光声穿透性有限、金纳米材料的光声信号不稳定、非特异吸附以及临床应用等问题，本项目参照光声成像的思路，发展磁声耦合成像新方法，并能较好克服上述所面临的局限性。综述所述，本项目初步实现了纳米材料的医学影像和药物递送研究，同时也拓宽了纳米材料的应用方法，为推动纳米医学提供参考价值。