新型上转换荧光纳米探针的构建及肝缺血再灌注损伤药物保护机制的研究

Researching on hepatic ischemia reperfusion injury (HIRI) and the mechanism of drug protection is very significant for improving the quality of surgery and elevating the survival rate of hepatic carcinoma patients. The molecular mechanism of drug protection for hepatic ischemia reperfusion injury may be able to be revealed through the dynamic monitoring of nitric oxide, caspases (caspase-3), endonuclease, hydrogen peroxide, as well as ATP in HIRI liver cells, serum and live tissue, thus providing a theoretical basis and effective techniques for the screening of new HIRI protective drugs. In view of the existing problems in traditional biological imaging, this project aims to design and synthesis some new small organic molecules, nucleic acid sequences and peptides with chemical or biomolecular recognition sites, and then combining the unique properties of upconversion materials ( two photon organic dyes or rare earth upconversion nanoparticles) and carbon/gold nanostructures with the strategy of fluorescence resonance energy transfer, to develop new imaging nanoprobes and novel imaging methods for HIRI markers detection with high penetration depth, low photo damage and low fluorescence background. On this basis, the drug protection mechanism exploration and the screening of new protective drugs for HIRI will be carried out. The research progenies have wild application and important theoretic value.

肝脏缺血再灌注损伤及药物保护机制的研究,对改善手术质量以提高肝癌患者的生存率具有重要意义。通过动态监测HIRI肝细胞、血清及肝组织内一氧化氮、凋亡蛋白酶caspase-3、核酸内切酶、过氧化氢以及ATP等，将可以揭示肝脏缺血再灌损伤药物保护的分子机理，从而为新型保护药物的筛选提供理论依据及有效的技术手段。本项目针对目前传统荧光成像技术中存在的问题，拟设计、合成具有化学、生物分子识别位点的有机小分子、核酸序列或短肽，结合上转换有机染料、上转换稀土纳米颗粒和碳金纳米材料独特的性质，开展强穿透、无损伤、低背景及高灵敏HIRI标志物成像新探针设计及检测新方法研究。在此基础上，开展HIRI药物保护机理及新型HIRI保护药物的筛选研究。研究成果有广泛的理论价值和应用前景。

肝癌在中国高发,而手术是肝癌目前最好的治疗方式。为了减少肝癌手术中失血,通常需要阻断肝门,而缺血肝脏在恢复血供之后肝细胞会受到很大损伤,即肝脏缺血再灌注损伤,严重时可致肝功能急剧下降甚至衰竭、全身炎性反应综合征、多器官功能衰竭而死亡。所以,深入研究肝脏缺血再灌注损伤及药物保护机制,对于改善手术质量以提高肝癌患者生存率具有重要意义。基于此，本项目主要进行了如下两个方面的研究工作：（1）新型上转换荧光纳米探针和新型比率型表面增强拉曼散射纳米探针的构建及用于癌细胞或组织中相关化学生物分子的成像检测研究；（2）新型化学发光分子探针、磁共振纳米探针和其它生化传感方法的构建及用于细胞或活体组织中pH、过氧化氢（H2O2）、缺氧环境及小RNA等的检测研究。主要取得了以下研究成果：（1）发展了5种上转换荧光纳米成像探针和5种表面增强拉曼散射纳米成像探针，实现了与肝脏缺血再灌损伤及药物保护作用相关的一氧化氮（NO）、一氧化碳（CO）、过氧化氢（H2O2）、缺氧环境、核酸内切酶及蛋白酶Caspase 3等化学生物标志物的检测分析；（2）揭示了肝脏缺血再灌损伤及药物奥曲肽保护作用的分子机理，为奥曲肽在肝脏缺血再灌损伤保护的临床应用提供了坚实的理论基础。已发表SCI论文28篇（其中J. Am. Chem. Soc. 1篇，Anal. Chem. 6篇，Chem. Commun. 1篇）；申请中国发明专利2项；获湖南省自然科学奖一等奖1项（2020年度）；已培养硕士毕业生8名、博士毕业生5名，在读硕士研究生4名、博士研究生6名。. 本项目的研究成果，为肝脏及其它人体重要器官缺血再灌损伤及药物保护作用的分子机理研究、以及为新型缺血再灌损伤保护药物的筛选提供了新策略和新途径。相关工作将继续开展。