基于核酸适配体的循环肿瘤细胞触发的抗肿瘤药物释放系统的研究

Metastasis from a primary tumor is the leading cause of death for non-hematological cancers. Circulating tumor cells (CTCs) are regarded as one of the important cellular origin of metastasis. This proposal tries to develop a novel localized drug delivery system for inhibiting metastasis, in which the release of anticancer agent (i.e. photosensitizer labeled aptamer) is specifically triggered by CTCs. In this system, aptamer probes labelled with photosensitizer are immobilized on a supporter, which could be placed in blood vessel of deep tissue. The release of anticancer agent, photosensitizer, depend on the specific binding between the aptamer and the CTCs. Typically, in the presence of CTCs, the target cells induce the release of the photosensitizer labelled aptamer from supporter. When the aptamer bound CTCs flow across superficial blood vessels, the photosensitizer labelled aptamers are activated by lights and generated 1O2 which led to cell apoptosis. The advantages of this drug delivery system include: The tumor metastasis might be inhibited by sunbathes since the CTCs could be killed if the skin was exposed to the sunshine; The photosensitizer is used as the anticancer agent and the damage to non-target cells in blood and normal tissues could be avoided; The aptamer could be selected for certain patient to track the CTCs in circulation system and realizing personalized medicine. In this proposal, the rabbit metastatic tumor model would be used for research work.

转移复发是造成肿瘤患者死亡的主要原因。循环肿瘤细胞被认为是引起转移的重要因素之一。本项目拟发展一种新型的药物释放系统来识别和杀伤循环肿瘤细胞，达到抑制肿瘤转移的目的。该系统中抗肿瘤药物（此处为光敏剂标记的核酸适配体）的释放是由循环肿瘤细胞特异性触发的，具体原理为：在支架上固定光敏剂标记的核酸适配体探针，并将支架放置于血管内，光敏剂的释放取决于细胞与核酸适配体的特异性结合；当循环肿瘤细胞流过支架时，会将核酸适配体探针带走；当带有探针的循环肿瘤细胞进入浅表的血管时，被光照后产生的单线态氧杀伤，从而达到抑制肿瘤转移的目的。该方法的优点在于：患者可以通过光照（如日光浴）抑制肿瘤转移；支架放置于体内较深处，不受到光照，避免了对正常组织和细胞的影响；可以针对患者构建特异性识别探针，有望实现肿瘤的精准检测和治疗。在本项目中，将利用兔子构建肿瘤转移模型开展研究工作。

本项目在项目组全体人员的努力下，围绕抗肿瘤药物释放，抑制肿瘤转移中的部分基础性科学问题，完成了四个方面的研究，包括：（1）基于微流控芯片开展了抗肿瘤药物释放系统的原理研究，结果表明本项目的原理设计是可行的，同时还搭建了兔VX2细胞的微流控3D细胞培养平台，模拟体内环境用于核酸适配体筛选和纳米药物对细胞杀伤的研究；（2）发展了自组装的DNA纳米结构和自组装的环糊精聚合物纳米颗粒，作为多价载体用于靶向的药物运输，开展了复杂环境下抗肿瘤药物释放的研究，这些纳米材料表现出高选择性、高亲和力、高稳定性、高药物装载容量，易于细胞内化并能对目标细胞造成选择性杀伤，还开展了以核酸适配体作为疏水小分子的载体用于肿瘤诊治的研究，提高了一些疏水性小分子在水溶液中的溶解度和稳定性；（3）考虑到活体的特点，开展了一系列的复杂环境中化学生物信号提取的研究。.本项目立项以来已经在Analytical Chemistry、Chemical Communications、ACS Applied Materials & Interfaces、ACS Sensors等学术刊物上发表研究论文43篇（其中本人为通讯作者的23篇）；获得国家发明专利5项；培养博士2名、硕士14名。同时还积极开展学术交流活动，参加国际学术会议1次、全国性学术会议3次（其中应邀作分组报告1次）；2018年寒假期间赴美国康奈尔大学威尔医学院开展学术交流并作学术报告，项目组成员、博士生陈南迪赴该医学院进行联合培养并按期回国完成答辩，获得理学博士学位。综上所述，我们针对体内肿瘤转移抑制面临的关键问题，提供了选择性杀伤方法，构建了高选择性、高亲和力、高稳定性、高药物装载容量的纳米结构，还建立了一系列适合活体复杂环境的化学生物信号提取方法，基本上解决了本项目提出的关键科学问题。