铜-64标记的双硝基咪唑乏氧分子探针的构建及其在肿瘤乏氧诊疗中的应用研究

Hypoxia in tumors decreases the efficacy of radiotherapy and chemotherapy of cancer. It is a common characteristic of many solid tumors. We have made great efforts to develop hypoxia markers for noninvasive hypoxia imaging. In this study, Bisnitroimidazole (BMS-2-P-2) was designed and labeled with 64Cu (T1 / 2 = 12.7 h) for tumor hypoxia imaging. 64Cu-BMS-2-P-2 could be highly selective retention in hypoxia tissues. By means of PET/CT's high-resolution, tissue localization, 64Cu-BMS-2-P-2 could directly provide the oxygen content in hypoxic tissue/ hypoxic state.. In brief, Its biological targeting and cellular uptake mechanisms, nuclear medicine imaging, radiation therapy, biological therapy were also tested for tumor hypoxia diagnosis and therapy. By the precisely detect the oxygen state, it can prediction efficacy and prognostic evaluation for tumor therapy.

几乎所有的实体瘤中都有乏氧细胞的存在，肿瘤乏氧显像对于肿瘤治疗方案的制定和预后起重要的作用。本项目以有较高乏氧选择性的双硝基咪唑(BMS)类分子为前体，通过非放Cu的配位，确定配位后分子的化学/晶体学性质。而后与放射性64Cu (T1/2=12.7 h)配位，获得乏氧分子探针64Cu-BMS-2-P-2，研究其乏氧靶向性、细胞摄取机制、肿瘤乏氧定位性能。并借助于PET/CT的高分辨率、靶区勾划等能力，研究乏氧组织中氧气含量/乏氧状态。本项目还通过免疫组化法方法进行组织定位，进行影像学勾划的靶区和病理检测靶区比较。总之，本项目通过64Cu-BMS-2-P-2分子探针，试图在活体中用核医学显像的方式显示肿瘤乏氧区域，检测肿瘤的乏氧程度的变化，对乏氧进行定性和定量的检测,为临床提供肿瘤的氧状态信息。

研究背景：几乎所有的实体瘤中都有乏氧细胞的存在，肿瘤乏氧显像对于肿瘤治疗方案的制定和预后起重要的作用。本项目以有较高乏氧选择性的双硝基咪唑(BMS)类分子为前体，利用新型PET 核素64Cu标记后，获得PET分子探针，进行新型肿瘤乏氧探针的研究。.主要研究内容：本项目通过自行合成的咪唑化合物进行结构表征。而后通过HM-20医用回旋加速器生产出新型PET核素64Cu（国内唯一）。利用 64CuCl2 标记单硝基咪唑化合物 BMS181321、双硝基咪唑化合物 BMS-2P2，用 radio-HPLC 法对标记物进行质控，并检测标记物的体外稳定性、毒性等一般性质以及在正常小鼠体内的血液清除情况；通过体外空气和乏氧环境下肿瘤细胞摄取实验及荷瘤动物体内分布研究了解标记物在乏氧细胞和肿瘤组织中的聚集情况，以及研究两种标记物在肺癌 A549等多种荷瘤裸鼠体内分布及 micro-PET 显像；最后通过肺癌 A549 荷瘤鼠肿瘤组织切片应用乏氧探针CAIX 进行免疫组化 的结果与同一肿瘤 PET 显像结果两者对比，定性检测肿瘤表达情况。.重要结果: 两种乏氧显像剂 64Cu-BMS181321、64Cu-BMS-2P2 的标记率均在 95%以上，并且反应条件简单，在生理盐水和反应体系里均具有很好的稳定性。按 75mg/kg 体重（相当于成人 500 倍剂量）静脉注入实验小鼠体内持续观察一周，小鼠全部存活且未见明显不良反应。乏氧条件下肝癌 Huh 7 细胞摄取两种显像剂的比例明显高于对应的正常氧供条件下的 Huh 7 细胞。在肺癌 A549 模型鼠的组织分布中，肿瘤对两种显像剂均有较好的摄取，且在 micro-PET 显像中肿瘤对两种显像剂均有一定的摄取。结合肺癌 A549 模型鼠的 micro-PET 显像及体内分布数据表明：标记物主要经肝肠途径排泄。通过进一步内源性乏氧标志物 CAIX免疫组化与 micro-PET 显像对比发现肿瘤显像区域与 CAIX 表达区域基本一致。.关键数据及其科学意义: 本项目自行设计合成的两种硝基咪唑类乏氧PET探针，几乎无异常毒性，且在较长的时间内可保持稳定。体外细胞摄取及荷瘤动物模型研究表明两种显像剂均具有乏氧选择性，并均可以清晰显示肿瘤乏氧区域。64Cu-BMS-2P2探针实现了活体中PET显像探针肿瘤乏氧区域，检测肿瘤的乏氧程度的变化，为临床提