新型稀土配合物时间分辨荧光-磁共振双模式生物成像探针的合成与应用

Bioimaging technology that enables visible of biological molecules is a most important tool to the researches of medicine and life science, as well as clinical diagnosis. In this area the dual or multiple modality molecular imaging has exciting potentials and attracted a lot of research interests. In this project some novel multimodal TRLI (Time Resolved Luminescence Imaging)-MRI probes based on lanthanide complexes will be developed for molecular imaging in biological systems. The multimodal TRLI-MRI imaging combines the high spatial resolution and deep tissue penetration of MRI with the sensitivity and selectivity of the TRLI and integrates the advantages of both techniques. The newly designed probes can be used for multimodal TRLI-MRI imaging of cancerous cells and their markers in vitro and in vivo, which permits the preoperative visualization of tumors by serving as an MRI contrast agent and affords an intraoperative discrimination of tumors from normal tissue because of its luminescence. Furthermore, the probes also can be used for the specific recognition and multimodal TRLI-MRI imaging of bio-active molecules and ions in vitro and in vivo, which affords powerful tools for investigating their biological functions and relationships with some diseases. This project not only has important theoretical and practical significance for the development of bioimaging probes based on lanthanide complexes and deploitation of their application fields, its results have also good application prospects in biomedical and life science researches.

可视化的生物成像技术在医学与生命科学研究及临床诊断中居于十分重要的地位，而开发和应用可用于两种或多种生物成像检测技术的多模式成像探针已成为当前分子影像学领域新的研究热点。本项目拟研制基于稀土配合物的时间分辨荧光-磁共振双模式成像探针，新探针结合了磁共振成像高组织穿透性、高空间分辨率和时间分辨荧光成像高灵敏度、高选择性的优点。在探针研制的基础上，本项目拟建立基于双模式成像的体内癌细胞靶向标识和成像检测技术，为肿瘤诊断和手术中荧光引导肿瘤切除提供理论依据和新方法。同时建立在细胞和生物活体水平上的生理活性组分的时间分辨荧光-磁共振双模式成像测定技术，为研究这些生理活性组分在体内对各种生物功能的调节作用及其与疾病的关系提供有用的工具。本研究不仅对稀土配合物生物成像探针研究的发展、开拓其在生化分析中新的应用领域具有很好的理论与实际意义，预计其研究成果在生物医学与生命科学领域也具有很好的应用前景。

在一个探针分子中集合两种或多种分子影像学技术的多模式成像技术是目前国内外医学临床诊断及生化分析研究领域的热点和前沿课题之一。而其中时间分辨荧光-磁共振双模式成像探针集合了磁共振成像高组织穿透性和时间分辨荧光成像高灵敏度的优点，在医学与生命科学研究及临床诊断中具有十分重要的用途。本项目四年来围绕开发具有应用价值的双模式成像探针这一目标，开展了系列可用于时间分辨荧光-磁共振双模式生物成像检测的小分子和纳米探针的设计与合成工作，并建立相应的双模式生物成像测定技术，取得的主要研究成果包括：（1）制备了4种癌细胞靶向时间分辨荧光-磁共振双模式成像探针，并建立了基于时间分辨荧光-磁共振双模式成像技术的活体内癌细胞靶向标识和检测技术。新方法的建立可为手术前肿瘤诊断和手术中荧光引导肿瘤切除提供有力的手段。（2）合成了5个次氯酸和谷胱甘肽的时间分辨荧光-磁共振双模式传感型成像探针，并建立了从细胞水平到生物活体水平次氯酸和谷胱甘肽的双模式成像检测方法。新方法的建立可实现用一个探针完成从细胞和亚细胞水平到整个生物活体水平的待测目标组分的检测，为系统研究生理活性组分在体内对各种生物功能的调节作用及其与各种疾病的关系提供更加有实用价值的方法。（3）我们新开发了数种对次氯酸、一氧化氮、单线态氧、硫化氢和巯基氨基酸具有特异性识别功能和反应功能的活性基团，并验证了其对稀土配合物荧光的调控功能和作为生物成像探针的可行性，为下一步这些生物活性组分的荧光-磁共振双模式探针的设计和制备奠定了可靠的基础。本项目四年来在包括Chem. Sci.、ACS Appl. Mater. Inter.和Nanoscale等国内外知名学术刊物发表论文11篇，部分成果获得了2017年辽宁省自然科学二等奖，参加国内外学术会议7人次，培养博士毕业生2人，硕士毕业生4人。