多模态活细胞高灵敏检测平台的构建及相关生物大分子动态修饰与化学干预的评价

The modification of biomacromolecules plays an important role in the regulation of intracellular biological processes. As a complex dynamic process, it is important to monitor a series of relevant parameters. In recent years, the applicant has found the rapid and accurate formation of fluorescent/ magnetic nanoclusters inside cancer cells by injection of precious metal precursors such as gold, silver and platinum, and transition metal precursors containing iron and zinc, etc., which may realize the multi-modal imaging on basis of fluorescence, computed tomography and magnetic resonant imaging. In this study, we aimed at the development of a series of micro-nanoelectrode based on the noble metal-layered metal organic framework (MOF) to construct a detection platform comprised of fluorescence, surface enhanced Raman scattering and electrochemical technology, allowing the synchronous, real-time detection of a series of reaction parameters at the single cell scale. This platform will be a useful tool to explore the reaction process and to reveal in situ multi-modal self-imaging mechanism inside tumor cells. The implementation of this project will open up a new idea for the study of dynamic modification of biomacromolecules and chemical intervention, which will be of great significance to the integration and development of this key research plan in the future.

生物大分子的修饰在调控细胞内生物过程中发挥着重要的作用。作为一个复杂的动态过程，对与其相关的一系列参数进行监测具有重要意义。申请人近年来发现可以通过注射含金、银、铂等的贵金属前驱物以及含铁、锌等的过渡金属前驱物在病灶部位快速、精确地形成荧光或者磁性纳米簇，实现荧光、CT以及核磁共振的多模态成像。本研究针对这类细胞内动态的生物正交修饰过程，拟开发一类基于贵金属-层状金属有机框架的微纳电极，构建融合荧光、表面增强拉曼散射及电化学等技术的检测平台，对单细胞尺度的一系列反应参数进行同步、实时检测。在此基础上探索其反应历程，揭示肿瘤细胞原位多模态自成像的机制。本项目的实施将为生物大分子动态修饰和化学干预研究开辟一条新思路，对今后该重大研究方向的集成、拓展有着重要的意义。

生物大分子的修饰在调控细胞内生物过程中发挥着重要的作用。作为一个复杂的动态过程，对与其相关的一系列参数进行监测具有重要意义。本项目研究针对肿瘤等病变细胞内动态的生物正交修饰过程，特别是针对其特殊的氧化应激微环境与生物过程，开发了一类基于贵金属/层状金属有机框架的特异性识别相关活性生物分子的纳米结构功能探针，构建融合荧光、光声、表面增强拉曼光谱及单细胞光电化学等检测技术的原位在线检测平台，对活体与单细胞尺度的相关生物大分子动态修饰与化学干预过程进行同步、实时检测。在此基础上，进一步研究了基于其代谢异常及病理刺激响应的原位自组装金属纳米簇-DNA/或RNA复合物的特异性识别相关活性生物分子的纳米结构功能探针，探索其生物反应历程，揭示活体肿瘤及其细胞、外泌体等高灵敏与高时空分辨的原位跨尺度、多模态精准靶向标记作用与精准诊疗机制。研究发现，原位生物合成的金纳米簇等可以通过抑制PI3K–AKT等信号通路来抑制癌症的发生与发展。经典细胞表型试验和正交各向异性肝肿瘤模型均表明原位生物合成的相关纳米簇可以抑制肿瘤的生长和发育。这种以活体中的肿瘤细胞及相关生物活性分子为靶标的原位生物自组装纳米探针可以有效地靶向标记示踪肿瘤，并精准杀灭肿瘤细胞、消减实体肿瘤。在此基础上，项目还设计研发了一种孔道可调且生物可降解的层状金属有机框架MOFs纳米材料用于肿瘤的精准标记示踪与联合靶向治疗。与此同时，利用近红外辐射和肿瘤组织的微环境响应探针与靶向药物，建立了主动和被动靶向多刺激响应的恶性肿瘤靶向精准诊疗新方法，为未来实现超精确治疗奠定了坚实的基础。相关研究成果已在Chem, PNAS, Nano Today等国际重要核心期刊发表SCI论文40余篇，获国家发明专利授权多项。本项目的实施将为生物大分子动态修饰和化学干预研究开辟一条新思路，对今后该重大研究方向的交叉集成、拓展有着重要的意义。