近红外二区共轭聚合物纳米诊疗剂用于乳腺癌光声成像和光热治疗一体化研究

Breast cancer has become one of the major diseases threatening public health because of the rapid growth of the patient populations and low screening situation. However, the early detection rate of breast cancer is low and its traditional treatments have disadvantages such as radiation hazard and large side effects. This proposal is to design conjugated polymer nanoprobes in the second near-infrared region (NIR-II) for photoacoustic imaging and photothermal therapy. By taking advantage of the low light scattering and background interference in NIR-II, this research will overcome the penetration depth limitation that occurs in the traditional optical imaging method and phototherapy. NIR-II nanoparticles will be investigated to achieve diagnosis of breast cancer with high accuracy. Combined with photoacoustic tomography, photoacoustic imaging will be performed to further improve the specificity and sensitivity in cancer imaging. Specific aims of this research include: 1) Design and synthesize NIR-II nanoparticles with intense light absorption and high photothermal conversion efficiency by combining quantum-chemistry computation and experimental approaches; 2) Implement biomolecular conjugation for targeted tumor delivery; 3) Achieve high-resolution cancer imaging and efficient photothermal therapy using above optical probe. The proposed research is expected to develop the diagnosis and treatment of breast cancer based on photoacoustic imaging and photothermal therapy with conjugated polymer nanoparticles.

乳腺癌因发病率增长迅速，且发病年龄早，筛查普及率低，已成为威胁公共健康的重大疾病之一。然而，临床上乳腺癌的早期检出率低且其传统的治疗存在辐射危害性和副作用大等缺点。本项目拟设计近红外二区（NIR-II）强吸收的共轭聚合物纳米粒子并应用于光声成像和光热治疗，解决传统光学方法对深层组织成像和光热治疗中面临的关键问题。NIR-II的光可以降低光子散射和背景干扰，在成像中获得更高的分辨率和对比度，结合纳米粒子的靶向性和光声成像的优点，实现高精度的乳腺癌诊断。同时光声成像导引光热治疗，进一步提高乳腺癌治疗的特异性和高效性。本项目的研究目标：1）借助量化计算理论模拟设计合成NIR-II区强吸收的共轭聚合物纳米粒子；2）实现共轭聚合物纳米粒子生物功能化和细胞靶向性；3）利用上述纳米粒子的光声性能和光热性能实现对活体的光声成像和光热治疗,为研发应用于临床的乳腺癌诊断治疗的纳米材料提供关键支持。

诊疗一体化技术为肿瘤的诊断与治疗提供了新的方法,通过将诊断和治疗两个分离的过程/功能集成于一个纳米载体，构成了诊疗一体化纳米平台，这样就能够实时、精确诊断病情并同步进行治疗，而且在治疗过程中能够监控疗效并随时调整给药方案，有利于达到最佳治疗效果，并减少毒副作用。光声成像和光热治疗都会涉及到热塑性的问题，将光声成像与光热治疗整合到一起，从而实现成像引导的肿瘤治疗，已经成为肿瘤治疗有力的候选者之一。本项目构建了系列近红外二区吸收的共轭聚合物分子及其纳米粒子，具有光学吸收截面大、吸光系数大、稳定性好、生物相容性好、光热转化效率优异等优点，借助近红外的吸收使其具有优异的穿透能力，同时又由于光声成像的优势，进而在深层组织中获得高的分辨率和对比度的成像效果，从而得到相关的生物和医学信息，对临床疾病的诊断与治疗具有一定的指导意义。具体成果包括：（1）基于共轭聚合物能带工程理论，从共轭聚合物分子的设计出发，成功构建了含有不同官能团的近红外吸收的共轭聚合物；（2）深入研究了不同结构的共轭聚合物光物理性能；（3）制备了系列水溶性的共轭聚合物纳米粒子，对其稳定性进行了研究，同时将其与金纳米粒子的光学性质进行比较，并进一步探索了其光热性能、光声性能、光化学稳定性及其生物相容性；（4）构建基于共轭聚合物纳米粒子的诊疗剂，实现对乳腺癌的诊断和影像导引的治疗；（5）从分子生物学角度研究了乳腺癌肿瘤治疗的机制以及肺癌的发病机制。