高效遏制体内循环肿瘤细胞的多元环状适配体-白蛋白复合物的构建和作用机制研究

The rare circulating tumor cells (CTC) is the root cause of cancer metastasis that is a principal scientific issue of global health, on which the traditional anti-cancer drugs have no effects. To overcome this key technical bottleneck, based on our latest understanding of CTC biomarkers, and our established strategy of creating dual circular aptamer nano-conjugates to capture CTC by two-hands, this application will make novel multivalent circular aptamer (mCAP) conjugated on human serum albumin (HSA) that possess long-circulating, non-liver-accumulated, safe and high-payload properties, instead of using short-circulating, liver-accumulated and rather toxic inorganic or organic nanomaterials. This mCAP-conjugated HSA (mCAP-HSA) can circulate with CTC together in the blood for long time resulting in high collision accidents with CTC. The mCAP-HSA can simultaneously recognize multiple CTC biomarkers, and seize CTC with high efficacy and precision by using “multiple-hands” in order to restrain CTC in vivo. The project will study and characterize the mCAP-HSA conjugate that targets lung CTC; study the efficacy by which the conjugate can high-stably and high-specifically recognize, bind and restrain CTC with “multiple-hands” in the presence of millions of interfering cells, in healthy blood, in animal models and lung cancer patient blood; and elucidate the mechanisms. The success of this project is expected to solve the technical bottleneck and key scientific issue of CTC restraint.

肿瘤转移是全球性人口健康的重大科学问题，其根源是血中微量的循环肿瘤细胞（CTC）。传统抗癌药对其无效。为解决这一关键技术瓶颈，在我们前期对CTC生物标志物的认识、并构建了环状适配体纳米材料“双手”遏制CTC的基础上，本课题拟摒弃半衰期短、易肝脏聚集、毒性较大的无机/有机纳米材料；采用长循环、无肝脏聚集、安全和高载量的人血清白蛋白（HSA）作为载体，构建可同时识别多种CTC生物标志物的多元环状适配体-HSA复合物（mCAP-HSA）。该复合物通过与CTC长期共循环、多碰撞、可多靶点识别和结合CTC，达到高效、精准、“多手”遏制体内CTC的目的。本项目针对肺癌CTC，研究和表征这种复合物，验证其在大量干扰细胞中、全血中、动物体内、病人血中高稳定性、高特异性“多手”识别、结合和遏制CTC的功效，并阐释其作用机制。本项目的成功可望解决遏制CTC的技术瓶颈和核心科学问题。

肿瘤转移是全球性人口健康的重大科学问题，其根源是血中微量的循环肿瘤细胞（CTC）。如何安全、有效地遏制血中微量的 CTC是掣肘肿瘤手术后再转移的关键技术瓶颈。传统抗癌药具有毒副作用，生物纳米材料的安全性需要长期考察，抗体分子大且有免疫原性，传统适配体易被降解。为解决上述技术瓶颈和存在的问题，本课题采用无毒副作用、无免疫原性的人血清白蛋白（HSA）作为载体，构建了可同时识别多种CTC生物标志物的多元环状适配体-HSA复合物（mCAP-HSA），表征了该复合物的理化性质、生物稳定性和安全性。选用肺癌CTC作为研究模型，研究了该复合物在大量干扰细胞中、血液样本中高稳定性、高特异性识别、结合肺癌CTC的功效。合成和表征结果证实：本课题成功构建了多元环状适配体-HSA复合物（mCAP-HSA），该复合物可以有效抵抗核酸外切酶对它的降解作用，具有良好的生物稳定性。细胞实验结果证实：mCAP-HSA的生物安全性高。特异性研究结果证实：mCAP-HSA具有特异性识别目标肺癌细胞的功能，即使是在大量干扰细胞存在时、在血液样本中也具有特异性识别、结合肺癌CTC的功效。本课题构建的复合物mCAP-HSA的生物安全性高、稳定性好、可特异性识别和结合临床血液样本中的CTC，具有潜在的临床应用价值。本课题将为解决遏制CTC的技术瓶颈和核心科学问题提供有效解决方案，有望从源头解决基于 CTC 的肿瘤转移的重大人口健康问题，连带产生社会效益和经济效益。