基于核酸适配体-金纳米材料功能组装体的新型"诊疗一体化"探针构建与应用研究

One of the key contents for theranostics is the design and synthesis of theranostic probes with high specificity, high sensitivity, high efficacy, high stability and low toxic side effects. In this project, by combining the technologies of nanomaterial preparation and modification, molecular engineering and in vivo fluorescence imaging, systematic studies will be performed on the preparation and modification of gold nanomaterials with both signal generating and photothermal therapy (PTT) functions, and the design of aptamer probes with activatable ability by target tumor cells in complex physiological circumstances. On this basis, by choosing circulating cancer cell (CTC) and tumor in living body as study objects, a series of novel theranostic probes will be constructed based on aptamer-gold nanomaterial functionalized assemblies. Moreover, two technology platforms will be developed, including the platform for the highly sensitive colorimetric analysis and selective PTT of CTC in blood and the platform for the in vivo activatable fluorescence image-guided tumor PTT. This study holds great promise to provide new methods and technologies for the early diagnosis and therapy of cancer. And this project is also an innovative subject that is expected to promote the development of modern analytical chemistry in the cross field of molecular engineering and biological nanotechnology.

设计与合成高靶向、高灵敏、高疗效、高稳定和低毒副作用的"诊疗一体化"探针是治疗诊断学技术研究的关键内容之一。本项目拟结合纳米材料制备与修饰技术、分子工程技术以及活体荧光成像技术等，系统开展同时具备信号发生和光热治疗性能的金纳米材料制备与修饰研究以及具有复杂生理环境中靶肿瘤细胞激活性能的核酸适配体探针设计研究，并在此基础上，选取循环肿瘤细胞和活体肿瘤作为研究对象，构建一系列基于核酸适配体-金纳米材料功能组装体的新型"诊疗一体化"探针，发展血液中循环肿瘤细胞的高灵敏比色分析与选择性热疗技术平台和活体肿瘤激活式荧光成像及其引导下的靶向热疗技术平台，为实现肿瘤早期诊断与治疗提供新方法和新技术。这将是一项在分子工程技术和生物纳米技术等前沿交叉领域推动现代分析化学发展的创新性课题。

探索肿瘤诊断与治疗新方法是现代分析化学面向复杂研究对象极具挑战的前沿方向。本项目以发展高靶向、高灵敏、高疗效、高稳定和低毒副作用的新型“诊疗一体化”多功能探针为目标，围绕新型金纳米材料制备、新型核酸适配体探针设计和复杂生物体系应用拓展等三个方面，系统开展了基于核酸适配体-金纳米材料功能组装体的细胞、活体层面相关肿瘤诊断与治疗基础研究。主要成果包括：① 搭建了多功能纳米材料制备与修饰技术平台，制备出Au@Ag/Au纳米颗粒、Cu-Au合金纳米结构等多种新型功能化纳米材料，并探讨了其信号输出与光热疗效等性能以及与下游核酸适配体功能模块的偶联方法；② 搭建了核酸适配体探针设计与成像技术平台，开发出锁核酸嵌合式核酸适配体、膜表面蛋白触发构型变化的竞争式和组装式核酸适配体等多种新型靶向性激活式核酸适配体探针，并开展了其体内外肿瘤检测和成像应用；③ 以上述两大平台为基础，选择人白血病、人肺癌等为模型，构建了基于竞争型激活式核酸适配体-Au@Ag/Au纳米颗粒功能组装体的新型诊疗探针、基于核酸适配体包被Cu-Au合金纳米结构的新型诊疗探针等，实现了细胞、活体层面肿瘤荧光成像及其引导下的近红外光热治疗。项目进行期间，共发表SCI收录论文19篇，申请和授权发明专利共3项。项目研究成果突破了传统诊疗策略在靶向性、灵敏度、稳定性和副作用等方面的局限，为发展灵敏、原位、活体诊断新方法和非侵入式、高效、低毒治疗新技术，实现肿瘤早期诊断和治疗做出了重要贡献。同时对肿瘤医学、分子影像学、纳米技术和分子工程技术等的发展也将起到积极的推动作用。