智能磁性荧光纳米粒用于循环肿瘤细胞的体内可视化检测、捕获和杀伤研究

Circulating tumor cells (CTCs) are a hallmark of invasive cancer cells, which are responsive for the development of metastasis. The sensitivity ex vivo is limited by a small volume of blood sample, whereas the in vivo enumeration was hurdled by the Always-ON property of the injected dyes and the lack of signal amplification strategy. Here we reported a targeted magnetofluorescent polymeric nanoparticle that allows real-time measurement and photo-killing of CTCs in vivo through the peripheral vasculature. The magnetofluorescent nanoparticle can stay “silent” at pH 7.4 during blood circulation and disassembled into a highly active state (>100-fold) after specific uptake by CTCs that “turn on” their fluorescent signals and photo-killing activity. The detection sensitivity of CTCs can be improved by using the magnetic enrichment from the entire volume of patient blood. By integrating in vivo specific recognition, magnetic enrichment, fluorescent imaging and photo-killing by nonlinear signal amplification and background suppression in blood, our technique may provide an important new tool for cancer diagnosis and staging, prognosis, systemic therapy, and personalized medicine.

循环肿瘤细胞（CTC）是肿瘤转移的重要特征。CTC的体外检测灵敏度受限于检测的血样体积小，而体内检测灵敏度受限于注射的荧光探针的信号“始终开启”特征以及缺乏有效的体内信号放大策略。本项目提出了一种靶向性pH超敏感荧光磁性纳米粒对体内极稀少的CTC进行实时检测和杀伤。构建该靶向荧光纳米粒的基本思路是采用pH响应的纳米粒组装/解组装技术和荧光共振能量转移机理操控荧光信号和光毒性开关效应，通过磁性氧化铁纳米粒的磁性富集作用，并依据CTC表面特异性标志物与纳米粒表面靶向配体的相互作用，实现对体内CTC的高效、快速和准确检测及光诱导杀伤。发展出一种集CTC的体内特异性识别、磁性富集、荧光信号放大成像和光诱导杀伤等多功能于一身的pH超敏感荧光磁性纳米粒子，为肿瘤的诊断与分期、诊疗效果评价、临床预后及个体化治疗提供新方法和新技术。

恶性肿瘤是人类死亡率最高的疾病之一，90%以上患者的死亡是由于肿瘤转移所致，因此肿瘤转移的早期诊断技术对肿瘤分期、临床预后及提高病人生存期等有着重要的意义，然而目前尚缺乏肿瘤转移的非侵袭在体检测方法。我们在本项目中针对肿瘤血行转移和淋巴道转移，以循环肿瘤细胞和转移后淋巴结为研究对象，以pH超敏感的UPS体系为载体，发展了三种在体检测肿瘤转移的荧光成像技术。其中基于纳米粒组装/解组装技术和荧光共振能量转移机理操控荧光信号和光毒性开关效应的多功能pH超敏感荧光磁性纳米粒Erbitux-UPS/MNP，可在体外实现对99.0%循环肿瘤细胞的特异性识别并将荧光信号放大81倍，模拟血液流速时磁性富集效率88.0%，激光照射后光动力可杀伤95.4%肿瘤细胞，具有在体靶向识别、富集和杀伤CTC的潜力，还原敏感自降解阿霉素前药取代光敏剂Ce6后该体系可用于原发肿瘤及CTC靶向后的杀伤研究；针对肿瘤转移后的淋巴结中炎性巨噬细胞过表达髓性过氧化物酶，我们设计了纳米探针PC7A-LP，采用自发光信号可以检测到荧光无法成像的早期转移淋巴结，信号强度为正常淋巴结的8倍左右；此外，针对转移后淋巴结招募的M2型巨噬细胞的超酸溶酶体，我们构建了pH转变点为4.9的比率成像探针BiRN4.9，其对M2细胞特异性靶向能力良好，可识别早期转移的淋巴结（肿瘤体积 < 100 mm3）。以上研究结果为肿瘤的诊断与分期、治疗效果评价、临床预后及个体化治疗提供新方法和新技术，具有极其重要的学术价值和临床转化指导意义。