用于乳腺癌精确诊断的荧光-表面增强拉曼光谱双模态3D成像探针

Breast cancer is the most common cancer in women. Based on the difference of tumor classification, breast cancer is classified by type and accurate diagnosis can be achieved, which has important reference value for individualized treatment. Optical probe imaging has become an important research tool in the field of cancer detection due to its advantages of high spatial and temporal resolution and in situ noninvasive detection. This project aims to solve the problem of the precise diagnosis of breast cancer based on breast cancer classification. We plan to design and prepare multi-functional targeted fluorescence - surface enhanced Raman bimodal probe. The accurate diagnosis of breast cancer at cell and living animal level can be realized through the new imaging technology with three-dimensional tracing and high spatio-temporal resolution. The bimodal imaging system will be fabricated through the combination of single-label, low-resolution, holographic imaging of fluorescence imaging and multi-component labeling, high-resolution and local imaging of SERS imaging. With fluorescence-surface-enhanced Raman bimodal imaging method, we will reveal the inherent relationship between breast cancer classification and accurate diagnosis. This project will promote the development of bimodal imaging technology and provide a new way for the accurate diagnosis of breast cancer.

乳腺癌是女性最常见的癌症之一，以肿瘤分型差异为依据的乳腺癌肿瘤精确分型对个体化治疗方案的选择具有重要参考价值。光学探针成像技术因其时空分辨率高和原位非侵入式检测的优点，在癌症检测领域已成为一种重要的研究工具。本项目针对依据乳腺癌肿瘤分型实现乳腺癌精确诊断的难题，拟设计制备多功能靶向荧光-表面增强拉曼双模态探针，利用双模态探针的三维示踪和高时空分辨成像新技术，在细胞和活体水平上，实现乳腺癌的精确诊断。结合荧光成像技术的“单标记、低分辨、整体成像”和SERS成像技术的“多组分标记、高分辨、局部成像”的技术优势，构建具有多目标检测能力的双模态成像系统，实现乳腺癌多种亚型的高灵敏检测。借助基于荧光-表面增强拉曼双模态成像方法，揭示乳腺癌肿瘤分型和精确诊断间的内在联系。本项目将推动双模态成像技术的发展，为乳腺癌的精确诊断和治疗提供一种新途径。

在该项目资助下，我们在表面增强拉曼（SERS）探针和荧光探针构建及其生物医学应用方面开展了一系列探索性研究，取得了一系列阶段性成果。（1）构建了高灵敏SERS探针检测正常乳腺细胞和乳腺癌细胞表面表达的生物标志物，包括表皮生长因子受体和胰岛素样生长因子1。在异种移植乳腺肿瘤模型中，SERS成像评估抗癌药物和手术的治疗效果；（2）设计筛选了一种高选择性近红外双光子荧光探针，能原位特异性地成像羧酸酯酶的活性，检测限可达0.013 U/mL，全身给药后可靶向原位肝癌，评估治疗效果；（3）评述了近年来近红外SERS用于生物传感和生物成像、生物正交SERS成像探针在生物医学中的应用、灵敏可靠SERS成像在生物医学中应用的最新进展；（4）基于ICT机理，设计了一种高灵敏、高选择性近红外双光子荧光探针动态实时监测大鼠模型中过氧化亚硝酰的波动，检测限可达96 nM，进一步考查了白藜芦醇抑制过氧化亚硝酰过表达并缓解神经元损伤的生理功能；（5）构建了用于肺癌实时图像引导治疗的生物素靶向药物递送及释放系统，利用近红外荧光成像监测药物在荷瘤裸鼠模型中的药物递送及释放过程，并评估治疗效果，进一步将该技术用于临床样本的检测；（6）设计合成了一种用于检测甲状腺疾病硒代半胱氨酸含量变化的近红外比率荧光探针，检测限为43 nM，成功用于检测人甲状腺上皮/癌细胞系（Nthy-ori-3细胞/ BHT101细胞）和小鼠甲状腺疾病（甲状腺炎和甲状腺癌）模型中硒代半胱氨酸浓度的波动；（7）设计了一种基于SERS的三明治免疫测定平台超灵敏检测心肌肌钙蛋白I和肌酸激酶同工酶，用于急性心梗的早期诊断，其检出限分别为8.9 pg/mL和9.7 pg/mL，进一步用于临床样本检测。