新型多角结构磁性智能纳米探针的基础研究

Drug resistance, which puzzled many national/international researchers, is a scientific problem during the treatment of gastric cancer. Systematic research and demonstration are highly desired. In this project, novel polygonal Fe3O4@[P(DMAEMA-g-PEG2k)-FA]-(5-FU,Ce6) intelligent magnetic nanoprobes with temperature/pH sensitive properties will be synthesized via hydrothermal ion-induced strategy, control of nano-properties and design of intelligent molecular. Drug resistance will be reduced by targeting the gastric cells. The unique advantage of polygonal nanoprobes, which will rotate under the alternating magnetic field, will mechanically destroy the structure of tumor cells, and/or overcome/reverse the drug resistance via high sensitivity detection of minimal tumor nidus, high sensitivity orientation and targeted therapy (drug treatment, magnetic hyperthermia and photodynamic therapy) in the light of molecular and cell levels. Combining CT, MRI and near-infrared fluorescent imaging techniques, the adsorption, distribution and metabolism of nanoprobes in rat body will be real-time monitored, and the influence of nanoprobes on liver, spleen, kidney, heart and brain will be studied. The tumor therapy plans can be adjusted based on real-time monitoring the tumor progression. The outcomes of this project is expected to promote the effect of gastric cancer treatment, and provide new approach for personalized therapy of malignant tumor.

胃癌在药物治疗过程中出现的耐药性这一科学问题，一直困扰着国内外诸多研究学者，亟需系统的研究与论证。本项目拟采用水热离子诱导技术、纳米特性控制和智能分子设计等方法，合成一种新型温度/pH敏感的多角结构Fe3O4@[P(DMAEMA-g-PEG2k)-FA]-(5-FU,Ce6)磁性智能纳米探针。通过靶向胃癌细胞、降低胃癌细胞耐药性，从分子及细胞水平对微小肿瘤病灶的高灵敏度探测、精确定位和靶向治疗（药物治疗、磁热疗和光动力学治疗），并利用多角结构纳米探针在交变磁场下旋转方式机械破坏肿瘤细胞结构的独特优势，克服或逆转恶性肿瘤治疗中的耐药性问题。结合CT成像、MRI成像和近红外荧光成像技术，研究纳米探针在鼠体内吸收、分布和代谢方式，对肝、脾、肾、心和脑等器官影响，实时监测肿瘤的形貌变化，快速调整肿瘤治疗方案，达到改善胃癌治疗效果的最终目标，为我国恶性肿瘤个性化治疗提供新途径。

胃癌是我国各种癌症中最具代表性的高发疾病和高死亡率的恶性肿瘤之一。近年来，纳米技术在肿瘤治疗中得到了越来越多的应用，将纳米技术用于肿瘤治疗，同时结合现代分子影像技术，可实现在分子及细胞水平对肿瘤细胞及微小病灶的高灵敏度探测，对解决肿瘤治疗面临的科学难题提供了新思路。本项目设计合成一系列新型磁性智能纳米探针，从磁性纳米探针结构和尺寸效应来克服或逆转恶性肿瘤治疗中常见的耐药性问题。通过细胞和动物实验，研究智能纳米探针在鼠体内分布、代谢，实时监测肿瘤的进展，研究纳米探针在动物体内分布特性、强度信号和代谢行为，对肝、脾、肾、心和脑器官的影响。我们合成的不同形貌结构和尺寸的四氧化三铁磁珠，在其表面修饰PEG，然后修饰了聚酰胺胺树枝状大分子，可以实现较高的载药量，Ce6药物分子的负载量可达到10.16wt%。合成的多角结构磁性纳米探针在交变磁场作用15分钟后，通过显微镜观察发现，与磁性纳米探针共孵育的胃癌MGC-803细胞完全被破坏，荷瘤小鼠经12天治疗后，纳米探针能够显著抑制肿瘤的快速生长。我们采用激光共聚焦显微镜和流式细胞仪对三种磁性纳米探针的尺寸效应进行评价发现，纳米探针的粒径尺寸与细胞靶向作用和内吞过程起到重要作用，8nm的磁性纳米探针比4nm和13nm探针更容易被细胞摄取，且其平均荧光强度值为游离态Ce6的六倍左右。因此，8nm的纳米探针具有在体内更理想的滞留时间和靶向治疗效果，这归因于纳米探针的小寸效应。在激光照射下，Ce6产生单线态氧导致肿瘤细胞膜破坏以及死亡，并且8nm探针产生单线态氧量要显著高于4nm和13nm的探针。我们提出的利用纳米粒子的小尺寸效应和结构效应来突破胃癌微环境屏障，增强胃癌靶向治疗效果和解决胃癌在药物治疗过程中出现的耐药性问题，使纳米探针靶向效率增加4.3倍，对肿瘤抑制率可达71%。因此，发展全新的智能靶向纳米探针在胃癌治疗领域的应用研究，对延长胃癌患者寿命、提高人类健康和改善生存环境具有重大科学意义和重要社会价值。