基于不对称有机–无机纳米粒子比率型光声探针的肿瘤微环境精确光声成像与实时检测研究

We will design and prepare Janus organic-inorganic nanoparticles (NP) (semiconducting polymer-gold nanoparticle aggregation) as ratiometric photoacoustic (PA) probe for PA imaging and real-time detection of the tumor microenvironment. In the Janus NP, the semiconducting polymer provides standard PA signal, and PA signal of the gold nanoparticle assembled nanostructures changed with the tumor microenvironment (pH, GSH, H2O2, et al.) serves as responsive PA signal, thus the ratio of these two PA signals can be used for accurate imaging and detection of the tumor microenvironment. Then, a series of different kinds of ratiometric PA probe will be developed for imaging of the microenvironment of four kinds of tumor in their different growth stages. There are some comment factors in different kinds of tumor, such as acid environment and high concentration of GSH and H2O2. The PA probe can fast, dynamic, and safely demonstrate the tumor microenvironment, showing the relationship between it and the tumor therapy and transfer.

本课题将设计制备不对称有机-无机纳米粒子（半导体聚合物-纳米金聚集体纳米粒子）作为新型的比率型光声探针，用于对肿瘤微环境精确光声成像与实时定量检测。在该不对称纳米粒子中，半导体聚合物部分提供稳定的标准光声信号，对肿瘤微环境（pH, GSH, H2O2等）敏感的纳米金聚集体部分提供精确的响应性的光声信号，两个光声信号的比值可作为比率型的光声信号去检测肿瘤微环境。将开发一系列可用于活体成像的比率型光声成像探针，用于对四种不同类型的肿瘤的微环境的精确光声成像与实时检测，近而建立制备比率型光声探针的可行性及理论依据。因为肿瘤微环境中存在一些共同的因素可以被用于检测，比如高酸度、高浓度谷胱甘肽与过氧化氢等，该光声探针得到的比率型光声图像能够快速、动态、无创地描绘肿瘤微环境的特定区域，近而有望研究肿瘤微环境与肿瘤治疗及转移倾向之间的关系。

光声成像作为一种新型的非侵入式成像技术，近年来在疾病精准诊断和疗效实时监测中发挥着重要作用。但传统的光声纳米探针依赖于单一光声强度信号输出，易受探针浓度及仪器因素等干扰，难进行活体分子定量检测。本项目成功构建了一系列有机-无机不对称纳米比率探针，发展了疾病特征分子响应策略在活体精准成像和疾病诊疗中的应用。在4年的研究中，我们通过精准调节原位生长于纳米金粒子表面的聚合物的量调控不对称纳米粒子的组装形态，进而调节纳米金聚集体的光声信号。同时，在不对称纳米粒子探针中，半导体聚合物部分不受微环境影响，可提供稳定的标准光声信号，纳米金聚集体的光声信号会随外界环境变化而改变，从而实现响应性活体比率型光声成像，用于肿瘤特征分子的比率光声成像和定量检测，为疾病精准诊疗提供新思路。在本项目的支持下，取得了以下研究成果：以通讯/第一作者身份发表高水平论文80篇，主要包括J. Am. Chem. Soc.(1篇), Angew. Chem. Int. Ed. (11篇), Adv. Mater. (3篇), ACS Nano (5篇), Adv. Funct. Mater. (10篇), Small (4篇)，Nano Lett. (2篇), Anal. Chem. (6篇), Theranostics (4篇), Nano Res. (3篇), Sci. China Chem. (2篇) 等；授权和申请中国发明专利5件；培养博士后3名，博士研究生4名，硕士研究生6名。