乳腺癌早期发现：基于乳腺癌β-葡萄糖醛酸酶激发后经现场Fe3+-自组装形成的近红外荧光纳米分子探针及其成像研究

Early detection so far still remains the best method of improving the odds of curing breast cancer, when it is diagnosed early, breast cancer patients have a survival rate above 98%, but at stage IV, 5-year survival rate falls dramatically to 22%. The differences underscore the very high need for developing of early detection methods. ..Targeting on the breast tumor biomarkers β-glucuronidase and Fe3+, we propose in this project an innovative near-infrared fluorencence (NIRF) probe design comprising three functional parts (indocyanine green, ICG)-linkage- (Fe-chelator)-(β-glucuronide), in which the blocked Fe-chelator will be breast tumor-specifically released/activated to capture the tumor abundant Fe3+, upon delivery and cleavage at breast tumor by extracellularly overexpressed β-glucuronidase. The in situ formed ICG-Fe-complex therefore will (1) specifically and selectively localize and accumulate the carried ICG at breast tumor; (2) stabilize ICG photoproperty; (3) increase ICG circulation time; (4) in situ generate NIRF nanoprobe ICG-Fe-complex at breast tumor; (5) boost ICG signals by chelation enhanced fluorescence and metal enhanced fluorescence effects, synergizing overall to facilitate NIRF molecular imaging of breast tumor at early stage with high sensitivity, specificity and accuracy...The completion of this project will not only provide a novel design for Fe3+ "turn on" fluorescence probe, but also a new mechanism for breast tumor targeted NIRF nanoimaging, and a new approach for breast tumor early detection with high sensitivity, specificity and accuracy, as well as a new idea for breast tumor theranostic.

乳腺癌早期发现目前依然是提高其治愈率最佳的方法。靶向于乳腺癌肿瘤标志物β-葡萄糖醛酸酶和Fe3+，我们在本项目中设计了由近红外荧光团ICG（信号组件）-Fe3+-络合基团（自组装组件）-β-葡萄糖醛酸基（激发组件）三部分构成的智能近红外荧光分子探针，提出了从智能有机小分子开始，经现场酶激发后自组装形成近红外荧光纳米分子探针的新机制，不仅提高ICG的光稳定性和荧光量子产率，而且选择性地将ICG锁定并积聚在乳腺癌，并且通过现场形成的Fe3+-络合物纳米分子探针经络合增强荧光效应和金属增强荧光效应，进一步协同增效ICG荧光强度，进而达到高灵敏、选择性并准确地早期发现乳腺癌的目的。本项目的完成不仅能够为Fe3+-开启或增强近红外荧光强度的分子机制提供新的依据，为乳腺癌靶向的近红外荧光纳米分子成像提供新机制，为高灵敏、特异性并准确地早期发现乳腺癌提供新方法，也将为乳腺癌协同治疗和诊断提供新的思路。

目前乳腺癌早期发现依然是提高其治愈率最佳的方法。靶向于乳腺癌肿瘤标志物β-葡萄糖醛酸酶和Fe3+，我们在本项目中设计了新型智能荧光分子探针，提出了从智能有机小分子开始，经现场激发并自组装形成分子探针的新机制，不仅提高光稳定性和荧光量子产率，而且选择性地将荧光信号锁定并积聚在乳腺癌，并且通过现场形成的Fe3+-络合物纳米分子探针经络合增强荧光效应和金属增强荧光效应，进一步协同增效荧光强度，进而达到高灵敏、选择性并准确地早期发现乳腺癌的目的。本项目的完成不仅能够为Fe3+-开启或增强近红外荧光强度的分子机制提供新的依据，为乳腺癌靶向的近红外荧光纳米分子成像提供新机制，为高灵敏、特异性并准确地早期发现乳腺癌提供新方法，也将为乳腺癌协同治疗和诊断提供新的思路。..围绕项目的研究计划，我们进行了乳腺癌肿瘤中过量的Fe3+为分子探针靶向的分子探针的研究，设计并合成了一系列包含有信号组件- Fe3+-络合基团-糖基激发组件的有机小分子，通过其酶解反应灵敏性及选择性，细胞毒活性等测试，筛选出了经现场激发并自组装形成的分子探针，并完成了肿瘤分子成像的研究与探索。..同时，直接靶向于乳腺癌内源性β-葡萄糖醛酸酶的荧光分子成像的研究，合成了一系列基于β-葡萄糖醛酸酶的荧光分子探针，筛选发现了对β-葡萄糖醛酸酶反应灵敏性高，反应前后荧光强度变化强烈，并且对细胞没有毒性的荧光分子探针。体外荧光分子成像结果表明，与不同数目的乳腺癌肿瘤细胞MCF7-WT混合后，MCF7-WT中的荧光信号强度迅速增强，荧光信号强度比对照中增强87倍。活体荧光成像结果显示，MCF7-WT肿瘤中的荧光信号强度逐渐增强，MCF7-WT肿瘤中荧光信号强度比对照中增强16倍。非常重要的是，活体荧光分子成像能够灵敏地检测到直径为5mm的微小乳腺癌，并且在整个成像的过程中，荧光信号仅特异性地在乳腺癌肿瘤中检测到，而在其他器官如肝、肺、心脏、肾和脾中未有见到。这为乳腺癌早期诊疗提供了可行性。