构建双靶向稀土上转换纳米探针用于肿瘤成像与治疗

Upconversion nanoparticles (UCNPs), due to its unique optical properties excited by continuous-wave near-infrared (NIR) light to transfer to higher energy photoluminescence, remarkable photo- and chemical- stability, nonblinking emission and narrow emissions, make them attractive to fabricate theranostic probes for bioimaging and biodetection due to auto-fluorescence removal and large penetration depth. The targetability of a theranostic probe is one of the keys to assuring its theranostic efficiency. Based on the fact that tumor cells typically over-express multiple types of receptors, we exploit dual-targeting strategy to fabricate dual-targeting UCNP-based theranostic probes. This proposal, integrated deep tissue penetration and low autofluorescence of UCNPs and synergistic targeting effects of dual-targeting ligands, is to promote the selectivity of a theranostic probe toward tumor cells, to enhance the efficiency of specific therapy, to avoid false-positive diagnosis and to reduce the toxic side effects. It is expected that the research results of this proposal will be potentially helpful for early diseases diagnosis as well as therapy in cancer development.

上转换发光纳米材料由于具备光稳定性好、寿命长、发射带隙窄、组织穿透能力强、无闪烁、对生物组织无损伤、无背景荧光干扰等优点，在构建诊疗一体化探针及其生物应用方面受到了广泛的关注。诊疗一体化探针效果的好坏很大程度决定于靶向性能的优劣。本项目拟基于肿瘤发生发展过程中，肿瘤新生血管、肿瘤细胞微环境以及细胞表面多种标志物的理化性质、数量、种类的异常表达现象，结合上转换纳米材料组织穿透力强、背景吸收弱的优势，构建双靶向上转换诊疗一体化探针。本项目旨在提高肿瘤诊断及治疗探针的选择特异性、药效性，避免“假阳性”诊断结果的出现，减少对正常组织的毒副作用，将可能为重大疾病的早期诊断及治疗提供高灵敏度和高特异性的诊疗一体化探针。

双靶向策略是基于肿瘤发生发展过程中，肿瘤微环境以及多种肿瘤标志物的理化性质、数量、种类的异常表达现象，而发展的多重靶点协同作用的靶向策略，主要用于肿瘤早期诊断与药物递送。为了提高肿瘤靶向特异性，改善治疗效率，降低毒副作用，本项目发展了一系列双靶向或多靶向稀土纳米诊断或治疗探针。本项目首先利用具有完整磷脂层及膜蛋白的红细胞膜修饰上转换纳米材料（UCNPs），构建了一种细胞膜仿生上转换纳米探针。该探针生物相容性好、体内循环时间长、免疫原性低，具有良好的近红外发光性质和核磁共振造影能力，在活体靶向成像中具有良好的应用潜力。为了评估双靶向策略在药物递送治疗方面的优势，我们发展了一种葡萄糖/pH双响应药物控制释放体系。该体系通过酰胺缩合反应，将氨基苯硼酸键联在透明质酸功能化的上转换纳米材料（HA-UCNPs）表面，制备了氨基苯硼酸修饰的上转换纳米材料（APBA-UCNPs）；进一步我们选择含有邻苯二酚结构的10-羟基喜树碱衍生物作为模型药物，通过酯化反应，将模型药物偶联到APBA-UCNPs的表面，构建了双靶向上转换诊疗一体化探针。该探针利用透明质酸与肿瘤细胞表面高表达的CD44受体的特异性亲和作用，实现了肿瘤细胞的一级靶向；在细胞溶酶体环境下（pH 5.0─6.5），由于葡萄糖的竞争作用，实现了二级葡萄糖/pH双响应药物释放，致使肿瘤细胞凋亡。稀土长余辉纳米材料是稀土纳米材料研究的另一个重要领域。我们发展了一种新型ZnGa2O4Cr0.004长余辉纳米探针用于准确描绘肿瘤边界，实施手术导航。该探针具有长达数小时的余辉发光特性以及良好的CT造影能力，在肿瘤成像以及手术导航方面显示出良好前景。双靶向策略有利于提高肿瘤靶向能力，改善药物治疗效率，为恶性肿瘤的早期诊断及治疗提供了一种新思路。