CXCR4靶点近红外光学分子成像对骨肉瘤转移潜能评估及转移灶早期检测的应用研究

Osteosarcoma is the most common primary malignant bone tumor in adolescents and its metastasis is the leading cause for death of the patients. Correct prediction of the metastatic potential and early detection of metastases is pivotal for the successful control of osteosarcoma. However, there is no specific method for early prediction and detection of osteosarcoma metastasis yet. CXCR4, which is a molecular that facilitate the prediction of tumor metastasis, has been found to be highly expressed in osteosarcoma. Using CXCR4 as a target, the present research aims to develop a near-infrared optical contrsdt agent which can be used for early prediction and detection of osteosarcoma metastasis with the help of optical imaging. To achieve this goal, ①.CXCR4-receptor peptide is designed, chemically synthesized and coupled the near-infrared dye. ②. The binding capacity of dye-labeled optical contrast agent is evaluated with osteosarcoma cells in vitro. ③. The specific-binding of the optical contrast agent is detected in osteosarcoma xenograft model. ④.Analysis of the relevance between imaginary data, immunochemistry, microscopic examination and tumor cell metastatic ability. According to this, the present research may provide a new method for prediction of metastatic potential and early detection of metastases, and thus improve the prognosis of osteosarcoma.

骨肉瘤是青少年常见高度恶性骨肿瘤，转移是患者死亡的主要原因。预测骨肉瘤原发病灶的转移潜能及早期发现转移病灶是提高治疗效果的关键。然而，迄今尚没有一种在体内对骨肉瘤转移潜能进行分析和转移灶早期发现的特异性手段。研究表明，CXCR4不仅在骨肉瘤细胞高表达，而且是一种预测肿瘤细胞转移潜能的分子。本研究拟以CXCR4为靶点，制备CXCR4特异靶向光学造影剂，并对其在骨肉瘤转移潜能和转移灶早期发现中的应用价值进行研究。主要内容包括：①.设计并化学合成靶向CXCR4受体多肽，将其偶联到近红外染料上用于光学成像；②.验证肽偶联化合物与表达CXCR4的骨肉瘤细胞系的体外结合特性；③.在骨肉瘤异种移植模型中用近红外光学分子成像的方法证明偶联化合物在体内实验中的特异性；④.分析体内实验中影像学数据与免疫组化、显微镜检和肿瘤细胞转移能力结果的相关性。本研究可为骨肉瘤转移潜能分析和转移灶的早期检测提供一种新方法。

研究内容：骨肉瘤是青少年最常见、高表达 CXCR4、具有高肺转移率的原发恶性骨肿瘤。目前的解剖学成像手段并不能在分子水平早期诊断病变，如能研发一种新的具有 CXCR4靶点特异性的分子成像模式，对骨肉瘤原位及肺转移病灶的早期诊断将大有裨益。我们利用CXCR4作为分子靶点研发一种近红外荧光分子成像造影剂，通过验证此造影剂与体内外骨肉瘤细胞的结合特性以及探测体内骨肉瘤肺部转移灶的可行性，为早期检测骨肉瘤及其肺转移灶提供一种新的分子成像工具。研究结果：1.成功合成了一种CXCR4靶点的近红外荧光造影剂：CXCR4-IR-783，骨肉瘤细胞水平结合实验证实CXCR4-IR-783能够特异结合于表达CXCR4的骨肉瘤细胞。同时，CXCR4-IR-783与高表达CXCR4的骨肉瘤细胞结合表现出时间依赖性、剂量依赖性，且能够探测出数量仅为100个的F5M2细胞团。2. CXCR4-IR-783可被人骨肉瘤异种移植裸鼠模型中表达CXCR4的原位肿瘤细胞吸收及内化，其中高表达CXCR4的F5M2骨肉瘤荷瘤裸鼠获得的靶点背景比（4.87）约为低表达CXCR4的F4骨肉瘤荷瘤裸鼠（2.24）的两倍。同时，CXCR4-IR-783表现出从体内正常器官清除的时间依赖性。3. 利用CXCR4-IR-783进行的近红外荧光成像可以探测到裸鼠原位种植F5M2骨肉瘤细胞4周后的自发性肺部转移灶，同时利用18F-FDG PET并不能探测到这些转移灶。4.CXCR4-IR-783具有药代动力学稳定和经过肾脏和肝脏同时排泄的优点。科学意义：通过利用CXCR4靶点特异性近红外造影剂CXCR4-IR-783进行近红外光学分子成像可以探测到CXCR4表达阳性的骨肉瘤原位病灶以及较早期的骨肉瘤转移灶。其可能成为探测骨肉瘤及其转移的一种具有潜力的分子成像手段。如将此种成像手段结合解剖学成像手段将可提高骨肉瘤的早期检出诊断率。