高靶向PET/MRI双模态分子显像探针的构建及其在肺癌早期诊断中的应用研究

The comprehensive assessment of anatomic, functional and molecular information is essential for molecular imaging.Currently, PET combined with MRI (PET/MRI) as a new imaging modality is available for molecular imaging,which necessiciates to develop PET/MRI dual functional probe. In this context, in current project, we will develop ultra small iron oxide nano probes simutanously labeled with flurine-18 and peptides specific for VEGFR and ανβ3 integrin. We hypothesize that the ultra small size (< 5nm) would reduce the uptake of the probe by the in vivo reticuloendothelial system, and allow it to permeate from tumor angiogenic vessels and eliminate from kidney. And the specificity of the probe will be dramatically enhanced by conjugating peptides targeting two different receptors on tumor angiogenic vessels simutaneously. The ultra small sized nano particles will be prepared by micowave-assisted polyol method and modyfied with zwitterionic molecules, such as cystine and glutathione, which makes it highly resistant to protein absorbance. Flurine-18 and peptides will be labeled to the particles by click chemistry,which can be achieved in a mild condition and in a tunable way.Finally, the performance of the dual functional probe will be evaluated in vivo.In summary, a facile and reliable method for fabricating highly specific PET/MRI probe with good in vivo behavior will be explored in this project.

多模态成像已成为分子影像发展的趋势，其中MRI/PET成像既能发挥PET的功能分子显像特性，又能发挥MR的高分辨的解剖学特性以及MRI、fMRI、MRS功能特性，还避免了CT的电离损伤，将成为分子影像领域最强大的工具。MRI/PET成像技术的发展对MRI/PET多功能分子影像探针的研究提出需求，高特异性、合适的PET/MRI信号放大策略和良好的生物相容性成为亟待解决的三大关键问题。本项目以肺癌的分子影像诊断为对象，通过对PET/MRI多功能分子影像探针的制备、性能、体内与体外生物学行为及影像学评价等重大科学问题的研究，发展出创新的超小直径的纳米颗粒制备、高效核素点击化学偶联、小分子多肽筛选及多模态成像系统集成的新方法，在此基础上形成具有MRI/PET双功能、高靶向性、高灵敏度、高分辨率和良好的生物相容性的新一代MRI/PET分子影像探针制备技术。

肺癌的发病率居恶性肿瘤首位，其发病率和死亡率呈逐年上升的趋势。肺癌早期没有明显的体征和临床症状，很容易被患者忽视导致其早期诊断率极低，而早期诊断及治疗恰恰是改善肺癌预后的关键。因此，我们迫切需要早期发现并诊断肺癌的方法。.本研究以超小粒径四氧化三铁纳米颗粒为基础，构建特异靶向于αvβ3 受体的RGD 小肽和靶向 EGFR 的 GE11 小肽偶联于纳米颗粒,以核素氟-18 进行标记，构建两种受体靶向、核医学和磁共振造影性质的 PET/MRI双模态探针，并探索其用于肺癌早期、特异诊断的可行性。对于探针构建，对USPIO进行多巴胺包覆和PEG修饰以增强生物相容性和亲水性，在此基础上构建炔基化模块;同时构建RGD小肽和 GE11小肽的叠氮化模块，以点击化学的方式将其偶联在 USPIO 表面，制备出两种单靶向和一种双靶向的纳米颗粒;小肽偶联纳米颗粒是通过合成 F-18 点击化学模块叠氮乙烷、点击化学实现。在此基础上对探针的生物相容性和特异性进行了体内外评估，探讨其用于肺癌早期特异诊断的可行性。.本研究构建的双功能纳米颗粒探针探针稳定性好；RGD和 GE11小肽的偶联效率较高，18F放化标记率结果显示，18F可以通过点击化学的方法温和快速地标记在纳米颗粒上，经衰减校正后的放射化学产率为 22.61 %；细胞毒性实验中三种探针均呈现出较高的细胞活；体外细胞靶向性实验显示三种探针均具备良好的肿瘤细胞靶向效果，双靶向探针显示了更加优越的靶向能力；对探针进行体内 MRI 成像，结果显示三种探针都会在肿瘤组织区域聚集，靶向性良好，具有良好的 T2 造影效果，具有可以实现 T1 和 T2 核磁共振成像造影的潜能；利用点击化学的方法建立18F 的模块化标记方法，实现了探针上 18F 的温和快速标记，对其进行 PET-CT 成像评估，结果表明小鼠肿瘤部位探针聚集靶向组高于对照组和抑制组，可进一步用于PET体内成像的研究；将肿瘤部位进行免疫组化分析，结果显示肺癌肿瘤组织的 EGFR 和αvβ3 受体均为高表达水平，而铁染色实验验证了纳米探针在肿瘤部位的聚集，说明探针具有良好的特异性。