多模式活體探針研究--做探針研究到底做些什么(共5頁)

1、課題(kt)題目：用于腦膠質(zhì)瘤靶向示蹤的磁共振/光聲多模態(tài)納米(n m)探針課題(kt)的目的，意義和研究狀況:膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性腦腫瘤，約占所有顱內(nèi)腫瘤的46%。膠質(zhì)瘤具有發(fā)病率、復(fù)發(fā)率、死亡率高和治愈率低等特點，成年人膠質(zhì)瘤5年生存率不足5%。腦膠質(zhì)瘤往往呈浸潤性生長，導(dǎo)致與正常腦組織的界限模糊從而給手術(shù)切除帶來很大的困難。腦腫瘤的不完全切除成為了現(xiàn)行手術(shù)治療方案效果差，復(fù)發(fā)率高的主要原因。因此對膠質(zhì)瘤的術(shù)前精確定位成為了目前臨床治療面臨的最緊迫需求。磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是現(xiàn)階段用于腦膠質(zhì)瘤無創(chuàng)定位的主要手段。MRI雖然有很好的空

2、間分辨率，但其較低的靈敏度及MRI造影劑循環(huán)時間短，無靶向性等缺點限制了其對膠質(zhì)瘤的成像效果。光聲成像（Photoacoustic Imaging）是近年來發(fā)展起來的一種新型無損醫(yī)學(xué)成像方法。它結(jié)合了純光學(xué)成像的高靈敏度和純超聲成像的高組織穿透能力優(yōu)點，可以提供高靈敏度的深層組織影像。另外，與小分子探針相比，基于納米尺寸的探針具有循環(huán)時間可控，腫瘤被動靶向性好，及可多位點修飾等優(yōu)點。綜合以上特點，本項目擬合成一類對腦膠質(zhì)瘤具有靶向示蹤性的磁共振/光聲多模態(tài)納米探針。此探針不但可對腦膠質(zhì)瘤邊緣精確定位，還適用于影像指導(dǎo)下的腫瘤手術(shù)切除。此項目的開展將不但有望提高腦腫瘤手術(shù)治療效果和延長病人生存時

3、間，同時在生物醫(yī)學(xué)影像，分子功能成像等領(lǐng)域也將具有廣泛的應(yīng)用前景。課題基本思路與主要內(nèi)容:基本思路：腫瘤血管受體靶向多模態(tài)我們設(shè)計了如圖一的目標(biāo)及參比納米探針Den-RGD及Den-PEG。納米探針中，樹枝狀高分子（Dendrimer）被選為納米探針載體是因為其具有分子量單一，球狀結(jié)構(gòu)，活性基團(tuán)眾多且分布均勻，易標(biāo)記等優(yōu)點。目標(biāo)探針中，對腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)的整合素蛋白V3受體具有高靶向性的cRGDyK環(huán)肽將通過聚二乙醇（PEG）橋鏈標(biāo)記到探針載體上。PEG不但可以提高探針的生物兼容性，還能使環(huán)肽靶向性免于載體空間位阻影響。影像基團(tuán)包括光聲成像基團(tuán)IR783，順磁性基團(tuán)Gd-DOTA及紅色熒

4、光基團(tuán)羅丹明將直接標(biāo)記到載體上（圖1）。目標(biāo)納米探針對腦腫瘤靶向示蹤將不但可以被磁共振和光聲成像同時無創(chuàng)監(jiān)測，探針的組織內(nèi)分布及受體靶向性還可通過離體熒光顯微鏡成像加以證實。與正常血管相比，腫瘤新生血管具有不規(guī)則，不成熟和高通透性等特征。納米探針可利用腫瘤新生血管同正常血管間通透性差異（enhanced permeability and retention, EPR effect）實現(xiàn)對腫瘤的被動靶向性。為證實受體靶向性對腫瘤示蹤的影響，參比探針PEG鏈上將不標(biāo)記靶向環(huán)肽。主要(zhyo)內(nèi)容：1. 目標(biāo)(mbio)和參比探針(tn zhn)的合成與表征; 2. 離體細(xì)胞實驗驗證探針的受體靶向

5、性及探針亞細(xì)胞分布，研究細(xì)胞光聲信號強(qiáng)度與受體靶向性間的關(guān)系；3. 活體動物磁共振及光聲成像實驗驗證探針對膠質(zhì)瘤的腫瘤示蹤信噪比；4. 離體組織成像驗證探針的受體靶向性及生物分布。實驗方案：圖1. 納米探針(tn zhn)Den-RGD和Den-PEG的合成路線。參比探針(tn zhn)Den-PEG的合成：分別(fnbi)將羅丹明（rhodamine），IR783和聚乙二醇（PEG，2 kDa）的N-羥基琥珀酰亞胺酯(N-hydroxysuccinimidyl)在PH=8.3的緩沖溶液中與第五代的樹杈狀高分子（G5）反應(yīng)得到中間體1。其與DOTA-NHS反應(yīng)得到化合物2。2上的DOTA配體與

6、碳酸釓配合得到參比探針Den-PEG。 目標(biāo)探針Den-RGD的合成：雙功能化聚乙二醇（NH2-PEG2k-Malemide）與琥珀酰亞氨-3(2-吡啶二硫代)-酸酯（SPDP）縮合制得中間體3。3與樹杈狀高分子（G5）反應(yīng)得到中間體4。分別將Rhodamine-NHS，IR783-NHS和DOTA-NHS與中間體4反應(yīng)得到化合物5。化合物5與Gd2(CO3)3配合后與標(biāo)記有巰基的RGD環(huán)肽縮合得到目標(biāo)納米探針Den-RGD。創(chuàng)新(chungxn)點：1) 本項目首先提出可用于腦膠質(zhì)瘤無創(chuàng)定位的磁共振/光聲多模式納米探針(tn zhn)。此類探針國內(nèi)外的文獻(xiàn)均未有報道。2) 多位點標(biāo)記在探針上

7、的近紅外熒光基團(tuán)IR783可以同時實現(xiàn)熒光光學(xué)(gungxu)成像和光聲成像。另外羅丹明熒光基團(tuán)可用于組織切片中對探針的顯微鏡示蹤。3) 通過對膠質(zhì)瘤外周新生血管的靶向示蹤可以回避探針跨血腦屏障的難題。同時根據(jù)腫瘤邊緣血管密集的特點，可充分發(fā)揮光聲成像的優(yōu)點，達(dá)到最佳的影像效果。實驗難點：1) 在探針合成過程中，如何精確控制不同影像基團(tuán)在探針載體上的標(biāo)記數(shù)目從而將探針的分散度系數(shù)控制在最小的范圍內(nèi)；2) 原位腦膠質(zhì)瘤小鼠模型的建立是實驗難點之一。我們前期的工作中將人膠質(zhì)瘤U87MG細(xì)胞移植入小鼠腦紋狀體中得到了膠質(zhì)瘤模型。本工作將在成瘤時間，瘤體生長速度等方面進(jìn)一步完善此模型。3) 在圖像處理

8、方面將涉及到活體多模態(tài)圖像間比較，融合及重建等方面的技術(shù)難題。我們將通過與美國約翰霍普金斯大學(xué)放射學(xué)系的蔣露博士間的合作完成這一問題。課題(kt)研究進(jìn)展計劃:2011.52011.7：參比探針(tn zhn)Den-PEG的合成2011.72011.8：目標(biāo)探針(tn zhn)Den-RGD的合成2011.92011.10 : 測量納米探針的受體靶向性和成像參數(shù)。2011.112012.3: 細(xì)胞實驗，測定納米探針在膠質(zhì)瘤細(xì)胞株中的毒性，細(xì)胞內(nèi)吞效率，胞內(nèi)傳遞途徑和最終亞細(xì)胞分布。研究探針顆粒對整合素蛋白V3受體高表達(dá)U87MG細(xì)胞的體外結(jié)合數(shù)。內(nèi)容總結(jié)（1）課題題目：用于腦膠質(zhì)瘤靶向示蹤的磁共振/光聲多模態(tài)納米探針課題的目的，意義和研究狀況:膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性腦腫瘤，約占所有顱內(nèi)腫瘤