DNA-稀土发光纳米粒子复合水凝胶的合成及其在肿瘤区域化疗中的应用

Regional adjuvant chemotherapy after tumor resection is crucial to the prognosis of cancer treatment. However, it remains a grand challenge that how to simultaneously monitor the drug release during the localized delivery process. In this proposal, to address these challenges, we design a new bio-medical polymeric hydrogel, which is a complex of DNA hydrogel and rare earth upconversion nanoparticles (UCNP). As the carrier of anticancer drug doxorubicin (DOX), DNA hydrogel possesses superior advantages including precisely controllable chemical structures and functions, thus achieving controlled drug release in the lesion sites. The UCNP luminescence signal is employed to quantify and monitor the drug release in deep tissues. Our DNA-rare earth biomedical polymer hydrogel system integrates the localized controlled drug delivery and real-time monitoring with high sensitivity. We envision that our system will establish an important foundation for the clinical individualized regional adjuvant chemotherapy.

肿瘤切除术后的区域化疗对于癌症治疗的预后至关重要，如何实现局部可控给药和实时监测药物释放仍是亟待解决的难题。针对这些难题，本项目拟设计合成DNA-稀土上转换发光纳米粒子（UCNP）复合水凝胶，作为新型的生物医用高分子水凝胶载药系统。以DNA水凝胶为抗癌药物阿霉素（DOX）的载体，充分发挥DNA水凝胶结构精准可控、功能精确可调的优势，实现药物在病灶部位的可控释放；利用DOX释放过程中UCNP上转换发光信号相对强度的变化，实现定量、实时监测药物释放。我们创制的新型DNA-稀土生物医用高分子水凝胶系统能够解决深位置病灶的局部可控给药和高灵敏实时监测的难题，实现局部给药-实时监测一体化，为个性化治疗奠定重要基础。

受本基金项目资助，项目负责人姚池发表论文发表SCI论文9篇（基金标注），包括J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Adv. Sci.、Biomaterials、Small等；申请发明专利6项。受本基金项目资助，培养毕业硕士4名；在读博士1名，在读硕士4名。姚池获得中国博士后科学基金面上项目1项、天津市自然科学基金1项。. 针对当前临床化疗的局部给药过程中，难以在药物缓释的同时监测药物释放的问题，本项目研究了一种全新的基于复合凝胶的释药-监测体系，用于临床癌症肿瘤手术后辅助化疗过程中对个体组织中药物释放的速度进行实时监测。本项目在执行期间根据计划顺利推进相关研究，完成了项目的预期目标。取得的原创性成果主要有：1) 设计并合成组装了DNA-UCNP复合宏观凝胶和DNA-UCNP复合纳米凝胶，完成了阿霉素和米妥蒽醌等抗癌药物的装载和释放，验证了DNA-UCNP复合纳米凝胶用于肿瘤病灶区域辅助化疗和药物释放监测的效果；2) 验证了本体系在病灶部位缓释时间可达7天；验证了本体系加入DNA响应模块后可以实现在肿瘤部位酸性环境快速响应释放。3) 将体系用于乳腺癌、耐药型乳腺癌、肺癌等肿瘤模型辅助化疗过程中，建立了一种集成式的治疗-监测体系平台；4) 将该体系应用在动物活体深层组织中，穿透深度达到mm级，实现了低检测限和高灵敏度检测。项目执行期间的阶段性进展和研究成果以宣传稿或科普文章形式被人民日报、科技日报、经济日报、中国青年网等媒体或官方网站报道。