項(xiàng)目名稱首席科學(xué)家起止年限依托部門多模態(tài)智能化納米分子影像探針及其在結(jié)直腸癌診斷與研究中的應(yīng)用高明遠(yuǎn)中國科學(xué)院化學(xué)研究所2010.9至2015.9中國科學(xué)院#二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)本項(xiàng)目圍繞直腸癌微小腫瘤的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警以及療效預(yù)測等關(guān)鍵難題，以磁性氧化鐵納米顆粒為核心構(gòu)建多模態(tài)智能化納米分子影像探針；結(jié)合現(xiàn)代影像學(xué)技術(shù)，發(fā)展多模態(tài)分子影像探針在結(jié)直腸癌微小腫瘤早期診斷中的應(yīng)用方法及智能化探針在腫瘤相關(guān)微環(huán)境高靈敏度探測中的應(yīng)用方法；建立與結(jié)直腸癌惡性生物學(xué)行為密切相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及上皮細(xì)胞間質(zhì)化的可視化方法，從多尺度，多層面提供腫瘤相關(guān)信息。通過本項(xiàng)目的實(shí)施及相關(guān)前瞻性研究工作的開展，強(qiáng)化我國在相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，培養(yǎng)出具有國際競爭力的跨學(xué)科優(yōu)秀人才，并且獲得一批高水平、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果。五年預(yù)期目標(biāo)1．建立高靈敏度多模態(tài)分子影像探針的構(gòu)筑方法，建立基于多模態(tài)分子影像探針在腫瘤早期診斷及鑒別診斷中的應(yīng)用方法。2．建立靈敏度高、特異性強(qiáng)的智能化納米探針的構(gòu)筑方法及腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警的分子影像方法，同時(shí)揭示腫瘤病灶中金屬離子濃度及pH值異常變化與腫瘤發(fā)生發(fā)展過程的相關(guān)性。3．通過腫瘤細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究，建立靶向EGFR藥物的療效預(yù)測可視化方法。通過上皮細(xì)胞間質(zhì)化過程的可視化及惡性生物學(xué)行為的在體分子影像，建立腫瘤早期轉(zhuǎn)移預(yù)警的可視化方法。4．建立多模態(tài)分子影像平臺(tái)及多模態(tài)影像信息處理方法，建立納米探針的在體動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)，為結(jié)直腸癌的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警及療效預(yù)測提供分子影像手段。5．通過本項(xiàng)目的實(shí)施及相關(guān)前瞻性研究工作的開展，強(qiáng)化我國在相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，獲得一批高水平、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，申報(bào)發(fā)明專利10-15項(xiàng)，發(fā)表80篇以上具有重要國際影響的學(xué)術(shù)論文，進(jìn)一步推動(dòng)我國在腫瘤分子影像領(lǐng)域的發(fā)展。6．培養(yǎng)一批跨學(xué)科優(yōu)秀人才，為我國在該領(lǐng)域的可持續(xù)、高水平地發(fā)展做出貢獻(xiàn)，包括：培養(yǎng)數(shù)名青年學(xué)者得到國家杰出青年基金，教育部長江特聘教授，培養(yǎng)研究生40-60名。三、研究方案一）總體思路結(jié)直腸癌早期診斷、腫瘤轉(zhuǎn)移、療效預(yù)測分子

影像探針的構(gòu)建及應(yīng)用方法腫瘤多模態(tài)分子影像探針在體動(dòng)腫瘤微環(huán)境與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)態(tài)可視化影像方法系、腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警與療效預(yù)測高靈敏度多模態(tài)分腫瘤多模態(tài)腫瘤微環(huán)境腫瘤重要分子事件子影像探針分子成像智能化探針動(dòng)態(tài)可視化■（課題一）（課題四）R（課題二）（課題三）腫瘤的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警及療效預(yù)測

納米科學(xué)技術(shù)+化學(xué)、分子生物學(xué)、腫瘤學(xué)、藥學(xué)、影像學(xué)圖1.本項(xiàng)目的總體研究方案本項(xiàng)目的總體思路是以解決國家重大需求為目標(biāo)，以結(jié)直腸癌的臨床診療需求為導(dǎo)向，發(fā)展新型的高靈敏度、多模態(tài)、智能化納米探針，為腫瘤的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警及療效預(yù)測提供分子影像探針及相關(guān)分子影像方法，見圖1。具體思路是圍繞著惡性腫瘤，尤其是結(jié)直腸癌的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警以及腫瘤療效預(yù)測這三個(gè)腫瘤診療所面臨的最重要的難題，利用先進(jìn)的納米技術(shù)，結(jié)合化學(xué)、分子生物學(xué)、腫瘤學(xué)、藥學(xué)及影像學(xué)來設(shè)計(jì)構(gòu)建高靈敏度多模態(tài)腫瘤分子探針，實(shí)現(xiàn)尺寸1-3mm結(jié)直腸癌的早期診斷（課題1）；構(gòu)建對(duì)腫瘤微環(huán)境中特征酶具有智能化響應(yīng)的分子影像探針，發(fā)展腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警的分子影像方法（課題2）；構(gòu)建對(duì)腫瘤微環(huán)境中銅鋅離子濃度及pH值異常變化的智能化探針，探索上述異常變化與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性（課題2）；結(jié)合熒光素酶融合再生技術(shù)、報(bào)告基因技術(shù)、核酸適配體分子探針技術(shù)，發(fā)展結(jié)直腸癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的動(dòng)態(tài)可視化方法，為結(jié)直腸癌的靶向治療療效預(yù)測提供實(shí)驗(yàn)方法與依據(jù)，圍繞上皮細(xì)胞間質(zhì)化過程，開展細(xì)胞及活體層面的可視化研究，建立結(jié)直腸癌早期轉(zhuǎn)移預(yù)警的可視化方法（課題3）；建立腫瘤多模態(tài)智能化探針的動(dòng)態(tài)可視化平臺(tái)及多模態(tài)影像信息處理方法，在全面評(píng)估本課題1－3發(fā)展的納米探針體內(nèi)行為規(guī)律的同時(shí)，為結(jié)直腸癌的早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警及療效預(yù)測提供分子影像手段（課題4）。本項(xiàng)目的4個(gè)子課題是圍繞著腫瘤分子影像探針及影像方法來設(shè)置的，課題間既有緊密的內(nèi)在聯(lián)系，又有相對(duì)的獨(dú)立性。子課題的研究內(nèi)容既包括近期能夠取得應(yīng)用的探針體系，又包括占領(lǐng)科學(xué)前沿的前瞻性研究。（二）技術(shù)途徑及其創(chuàng)新性1．高靈敏度多模態(tài)腫瘤納米分子影像探針（1）高質(zhì)量磁性納米晶體的制備及表面生物相容性修飾結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)窄粒度分布、高結(jié)晶度及長血液循環(huán)時(shí)間的生物相容性磁性納米顆粒的設(shè)計(jì)與構(gòu)建是獲得高靈敏度磁共振分子影像探針的核心。本課題擬以前期建立的生物相容性磁性Fe3O4納米晶體的熱分解技術(shù)，采用高沸點(diǎn)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，獲得窄粒度分布、高結(jié)晶度的磁性納米晶體。而納米晶體的表面生物相容性結(jié)構(gòu)則通過不同分子量PEG及PEG與烷基小分子對(duì)Fe3O4納米晶體表面的原位共修飾來實(shí)現(xiàn)。將采用透射電鏡表征所得到的生物相容性磁性納米顆粒粒度及粒度分布；采用激光動(dòng)態(tài)光散射方法研究生物相容性納米顆粒在不同介質(zhì)中的膠體穩(wěn)定性；通過微量熱等手段研究上述各種納米顆粒與血液中的高豐度蛋白（如：IgG,SA）的相互作用，進(jìn)一步評(píng)價(jià)其生物相容性；最后，以實(shí)驗(yàn)鼠為模型，靜脈注射不同納米顆粒，測定血液中鐵的濃度－時(shí)間曲線，建立藥代動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算磁性納米顆粒的血液半衰期。（2）多模態(tài)分子靶向探針的構(gòu)建腫瘤相關(guān)靶點(diǎn)的選擇是構(gòu)建高敏感性分子影像探針的關(guān)鍵，而多模態(tài)探針的構(gòu)筑則是有效提高腫瘤診斷準(zhǔn)確率的重要途徑。擬采用具有不同生物學(xué)意義的腫瘤相關(guān)蛋白為靶點(diǎn)，包括：表皮生長因子受體（EGFR）和成纖維細(xì)胞激活蛋白FAPa（FibroblastActivationProteina），前者在結(jié)直腸癌具有高表達(dá)，對(duì)于腫瘤診斷具有普適性，后者專一性高表達(dá)于腫瘤間質(zhì)可更好地被用于描繪腫瘤邊界，適用于微小腫瘤的早期診斷。采用化學(xué)鍵合的方式通過修飾在磁性納米顆粒表面PEG末端的羧基與上述靶點(diǎn)相關(guān)的抗體進(jìn)行耦聯(lián)，獲得腫瘤分子影像探針。MR-核素和MR-光學(xué)雙模探針將采用如下兩種策略制備：（1）用放射性核素或熒光染料標(biāo)記抗體，然后將抗體與磁性納米顆粒進(jìn)行耦聯(lián)；（2）將放射性金屬同位素57Co通過化學(xué)合成的方法直接內(nèi)嵌入Fe3O4納米晶體，再與抗腫瘤抗體共價(jià)耦聯(lián)。57Co摻雜型Fe3O4納米晶體通過熱分解方法制備；EGFR、FAPa抗體與納米晶體的耦聯(lián)效率通過電泳結(jié)合光譜分析等方法測定；多模態(tài)探針的腫瘤親合性擬通過免疫熒光或放射性免疫競爭法進(jìn)行評(píng)估。相關(guān)研究的創(chuàng)新點(diǎn)包括：1?核心納米材料Fe3O4納米晶體的制備及其生物相容性調(diào)控方法具有創(chuàng)新性；2?以57Co摻雜的Fe3O4納米晶體構(gòu)建磁共振-核素雙模分子探針具有原創(chuàng)性；3?以FAPa為靶點(diǎn)構(gòu)建腫瘤早期診斷分子影像探針具有原創(chuàng)性。2．腫瘤微環(huán)境智能化納米分子探針（1）高靈敏度及可定量的銅鋅離子及pH探針的構(gòu)建擬通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用特異的分子識(shí)別引起的探針熒光信號(hào)開關(guān)、強(qiáng)度或計(jì)量比例的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子及pH值智能響應(yīng)探針的構(gòu)建。針對(duì)高靈敏度激活型銅鋅離子探針，擬利用構(gòu)型受限的熒光素或羅丹明衍生物在微量金屬離子的作用下發(fā)生的開環(huán)反應(yīng)，通過對(duì)熒光基團(tuán)的篩選與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)展發(fā)射波長在近紅外區(qū)域并具有高熒光量子產(chǎn)率的熒光探針；針對(duì)比例計(jì)量型銅鋅離子探針，擬利用熒光共振能量轉(zhuǎn)移或分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移原理，將對(duì)銅鋅離子有高特異性結(jié)合力的基團(tuán)與熒光基團(tuán)（如呋喃喹啉類發(fā)色團(tuán)）整合到同一分子中,得到有較大Stokes位移（大于100nm）的金屬離子比例計(jì)量型探針；針對(duì)高靈敏度激活型及比例計(jì)量型的pH熒光探針，擬利用具有不同pKa的基團(tuán)在質(zhì)子化與非質(zhì)子化狀態(tài)下對(duì)光物理過程的調(diào)控，設(shè)計(jì)具有供體－受體特征的探針；通過分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其在pH6.5-7.5區(qū)域內(nèi)的不同臨界點(diǎn)產(chǎn)生爆發(fā)式突躍的熒光響應(yīng)或?qū)H值的改變產(chǎn)生顯著的光譜漂移,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)靈敏的定性、定量檢測。（2）金屬離子及pH探針的納米化結(jié)構(gòu)及生物靶向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)擬采用條件溫和的耦聯(lián)反應(yīng)將金屬離子及pH探針負(fù)載在納米顆粒表面，再通過與腫瘤相關(guān)抗體或多肽等靶向分子的耦聯(lián)，獲得可對(duì)腫瘤微環(huán)境中金屬離子或pH產(chǎn)生靈敏響應(yīng)、且具有靶向性的智能化納米探針。擬通過在探針分子上引入羧基、氨基或巰基等活性耦聯(lián)基團(tuán)，采用發(fā)展成熟的酰胺化反應(yīng)或其它特異性耦聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)上述耦聯(lián)。（3）腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警智能化納米探針的構(gòu)建擬通過納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合MMP-9和FAPa底物的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)筑對(duì)腫瘤特征酶MMP-9和FAPa具有選擇性響應(yīng)的納米智能化探針，實(shí)現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警探針的構(gòu)建。擬選用包含上述酶特定剪切位點(diǎn)的多肽作為納米材料的表面修飾材料，通過其橋聯(lián)作用將熒光染料與納米材料相連以構(gòu)建有效的熒光淬滅結(jié)構(gòu)。擬采用常規(guī)及時(shí)間分辨熒光光譜方法，研究納米探針載體的染料熒光淬滅效率對(duì)作為橋聯(lián)片段的多肽結(jié)構(gòu)的依賴性。在上述酶存在的條件下，研究智能探針的熒光恢復(fù)效率及其對(duì)酶檢測的靈敏度。最后利用上述探針表面多肽鏈上的氨基酸殘基與腫瘤相關(guān)抗體的耦聯(lián)構(gòu)建靶向型腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警探針。相關(guān)研究內(nèi)容的創(chuàng)新點(diǎn)：1．以磁性納米顆粒為載體，通過探針的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，針對(duì)腫瘤微環(huán)境中pH值及金屬離子異常變化，構(gòu)建具有智能化響應(yīng)的納米分子影像探針具有重要的原創(chuàng)性；2?針對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)酶FAPa,通過納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建對(duì)FAPa具有智能化響應(yīng)特性的分子影像探針具有重要的原創(chuàng)性。3．腫瘤惡性生物學(xué)行為重要分子事件的動(dòng)態(tài)可視化（1）與結(jié)直腸癌診療密切相關(guān)的EGFR/VEGFR-小G蛋白信號(hào)通路可視化研究方案1:利用熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小G蛋白表達(dá)及活性的可視化。通過分子克隆技術(shù)分別構(gòu)建3對(duì)不同的小G蛋白（Ras、RhoA、ARL2）-Lucl、對(duì)應(yīng)的小G蛋白效應(yīng)分子（Raf、Rock、BART）-Luc2重組質(zhì)粒，轉(zhuǎn)染進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)融合蛋白隨著EGFR/VEGFR介導(dǎo)的小G蛋白的活化而相互識(shí)別，促使Luc1和Luc2結(jié)合，產(chǎn)生活性熒光素酶，誘導(dǎo)底物L(fēng)uciferin發(fā)光，實(shí)現(xiàn)小G蛋白相互作用的可視化動(dòng)態(tài)檢測。主要技術(shù)路線：設(shè)計(jì)與構(gòu)建三種分別表達(dá)小G蛋白和Luc-1的重組質(zhì)粒以及三種小G蛋白下游效應(yīng)分子和Luc-2的重組質(zhì)粒；磁性氧化鐵納米載體-重組質(zhì)粒偶聯(lián)；重組質(zhì)粒分別共轉(zhuǎn)染入腫瘤細(xì)胞株中，加入底物，通過檢測熒光素酶的熒光活性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測小G蛋白活性；篩選穩(wěn)定表達(dá)重組質(zhì)粒的腫瘤細(xì)胞株模型，用于小鼠體內(nèi)移植瘤模型的建立。方案2:以核酸適配體納米探針實(shí)現(xiàn)小G蛋白表達(dá)及活性的可視化。納米探針由磁性納米載體與核酸適配體構(gòu)成，載體內(nèi)化進(jìn)入細(xì)胞后，核酸適配體結(jié)合活性小G蛋白，構(gòu)型發(fā)生變化，使內(nèi)部熒光與淬滅基團(tuán)間距離增大，導(dǎo)致熒光急劇增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)小G蛋白表達(dá)與活性的可視化。該研究工作還包括識(shí)別活性小G蛋白的核酸適配體的篩選與表征鑒定。主要技術(shù)路線：表達(dá)和純化小G蛋白及其他結(jié)直腸癌相關(guān)分子;利用配體進(jìn)化體外篩選技術(shù)（SELEX技術(shù)）篩選對(duì)靶分子特異性結(jié)合的核酸適配體，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究與優(yōu)化；根據(jù)熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理，構(gòu)建核酸適配體熒光探針；在此基礎(chǔ)上將核酸適配體熒光探針裝載于抗體修飾的磁性或其他納米粒子上，實(shí)現(xiàn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的定向輸送；進(jìn)而考察細(xì)胞內(nèi)納米核酸適配體探針對(duì)相關(guān)靶分子的識(shí)別作用；結(jié)合納米核酸適配體探針的磁響應(yīng)信號(hào)以及對(duì)腫瘤相關(guān)分子的識(shí)別特性探索該探針用于動(dòng)物體內(nèi)腫瘤的多模態(tài)分析的方法。（2）結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT關(guān)鍵分子的可視化研究本研究擬通過分子克隆技術(shù)構(gòu)建由轉(zhuǎn)錄因子Snail調(diào)控下表達(dá)EGFP（增強(qiáng)型綠色熒光蛋白）的報(bào)告基因，以磁性納米顆粒作為載體。通過檢測報(bào)告基因與EMT相關(guān)分子影像學(xué)證據(jù)，揭示腫瘤細(xì)胞復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在EMT發(fā)生、發(fā)展過程中的變化規(guī)律，為早期監(jiān)測腫瘤轉(zhuǎn)移提供相關(guān)分子信息。主要技術(shù)路線：設(shè)計(jì)與構(gòu)建轉(zhuǎn)錄因子Snail調(diào)控表達(dá)EGFP（增強(qiáng)型綠色熒光蛋白）的報(bào)告基因；磁性氧化鐵納米載體-重組質(zhì)粒偶聯(lián)；重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)染入腫瘤細(xì)胞株，運(yùn)用激光共聚焦、內(nèi)涵活細(xì)胞分析系統(tǒng)ArrayScanHCS系統(tǒng)等儀器可視化觀察EGFP蛋白的表達(dá)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測EMT關(guān)鍵分子Snail基因的表達(dá)情況，揭示與其相關(guān)的信號(hào)通路的變化規(guī)律；運(yùn)用蛋白印跡、細(xì)胞免疫組織化學(xué)和流式細(xì)胞術(shù)等方法檢測EMT事件的分子表征物如波形蛋白，E-鈣粘素，N-鈣粘素，aSMA等，為腫瘤的上皮細(xì)胞間質(zhì)化進(jìn)程提供分子生物學(xué)依據(jù)；篩選穩(wěn)定表達(dá)Snail報(bào)告基因的腫瘤細(xì)胞株模型，用于小鼠體內(nèi)移植瘤模型的建立。（3）建立結(jié)直腸癌惡性生物學(xué)行為的在體分子多模態(tài)影像方法本研究擬通過分子克隆技術(shù)建立穩(wěn)定轉(zhuǎn)染檢測小G蛋白活性的報(bào)告基因或Snail調(diào)控的熒光素酶報(bào)告基因的結(jié)直腸癌細(xì)胞株；利用內(nèi)化了磁性納米顆粒的細(xì)胞株，建立小鼠移植瘤模型；利用雙模影像學(xué)手段直接觀察腫瘤的進(jìn)程，解析小G蛋白與Snail活性變化規(guī)律，為監(jiān)測腫瘤惡性生物學(xué)行為建立在體影像學(xué)方法。主要技術(shù)路線：篩選分別穩(wěn)定轉(zhuǎn)染Snail-EGFP報(bào)告基因和小G蛋白-熒光素酶報(bào)告基因重組質(zhì)粒的人，鼠腫瘤細(xì)胞株；建立原位移植結(jié)直腸癌小鼠模型，應(yīng)用分子影像學(xué)儀器如小動(dòng)物成像系統(tǒng)、核磁共振等儀器動(dòng)態(tài)監(jiān)測觀察腫瘤發(fā)生發(fā)展以及腫瘤轉(zhuǎn)移過程，同時(shí)直觀檢測Snail分子在EMT發(fā)生發(fā)展過程中的變化；利用RT-PCR、免疫蛋白印跡等方法檢測與EMT事件相關(guān)的基因，蛋白表達(dá)情況。本課題組在小鼠移植性腫瘤模型構(gòu)建有成熟的工作經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)本項(xiàng)研究是與其他課題組協(xié)作完成，也是課題研究實(shí)施的保證。相關(guān)研究內(nèi)容的創(chuàng)新點(diǎn)：以納米顆粒為載體構(gòu)建上述智能化探針的創(chuàng)新性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。磁性納米顆粒載體的選用一方面可以提高上述探針的細(xì)胞內(nèi)化率和穩(wěn)定性，另一方面可以為后期體內(nèi)研究提供磁共振造影功能。4．腫瘤納米分子影像探針在體多模態(tài)成像（1）磁性納米顆粒理化特性與磁弛豫特性的相關(guān)性研究采用課題1提供的不同尺寸及表面修飾的磁性Fe3O4納米顆粒及腫瘤相關(guān)磁共振分子影像探針，分別溶于純水、生理鹽水、生理緩沖液及血清中，并配置成—系列梯度濃度，用7TMR測定其弛豫率等主要物理和磁學(xué)參數(shù)，研究不同尺寸及不同表面修飾的磁性Fe3O4納米顆粒對(duì)氫質(zhì)子弛豫特性的影響規(guī)律，為相關(guān)探針在腫瘤早期診斷中的定量化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。（2）腫瘤納米分子影像探針在體分布規(guī)律、代謝途徑及安全性評(píng)估建立穩(wěn)定可靠的結(jié)直腸癌動(dòng)物模型。分別建立1）早期裸鼠模型（7-14天）：分別用結(jié)直腸癌細(xì)胞進(jìn)行BALB/c裸鼠皮下注射、直腸壁注射，建立小鼠皮下移植瘤模型和直腸移植瘤模型；2）后期甲基硝基胍誘導(dǎo)的大鼠直腸癌模型（12-14周）：用甲基硝基胍（MNNG）灌腸誘導(dǎo)雄性Wistar大鼠成瘤，制備大鼠結(jié)直腸癌誘導(dǎo)模型；3）結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移模型的建立（5-7天）：通過結(jié)直腸癌培養(yǎng)細(xì)胞的BALB/c裸鼠脾臟包膜下注射，制造BALB/c小鼠結(jié)直腸癌肝臟轉(zhuǎn)移模型。將納米探針從尾靜脈注射到模型鼠體內(nèi)，通過采集實(shí)驗(yàn)動(dòng)物血液、主要器官及排泄物，利用探針的放射性信號(hào)或熒光信號(hào)，研究納米探針在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)的分布規(guī)律及代謝途徑；采用臨床生化分析方法測定動(dòng)物的心肺功能、肝腎功能、造血功能以及內(nèi)分泌功能的相關(guān)生化指標(biāo)，評(píng)價(jià)納米探針的體內(nèi)安全性。（3）多模態(tài)智能化腫瘤納米分子影像探針在腫瘤早期診斷及轉(zhuǎn)移診斷中的應(yīng)用采用動(dòng)物體表信號(hào)標(biāo)記的方法結(jié)合體位定位裝置，開展成像空間定位配準(zhǔn)；結(jié)合時(shí)空配準(zhǔn)及軟件配準(zhǔn)對(duì)多模態(tài)腫瘤分子影像信息開展圖像融合、圖像解析以及海量分子影像數(shù)據(jù)的綜合分析研究，建立腫瘤早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警的分子影像方法。主要技術(shù)路線：采用多模態(tài)分子影像方法對(duì)多幅圖像間互補(bǔ)信息的處理提高圖像的清晰度。將高分辨MR圖像與高靈敏的光學(xué)成像或高敏感PET圖像方法相結(jié)合。采用像素級(jí)圖像融合技術(shù)的基本原理和方法，對(duì)多模態(tài)分子影像獲得的圖像進(jìn)行圖像去噪、圖像配準(zhǔn)、圖像融合。得到初步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為后期結(jié)果分析提供依據(jù)。圖像去噪主要用中值濾波方法實(shí)現(xiàn)；圖像配準(zhǔn)采用基于特征點(diǎn)提取的圖像配準(zhǔn)方法；圖像融合技術(shù)通過對(duì)空間域和變換域的融合算法進(jìn)行研究和分析;基于小波變換的圖像融合算法,通過小波逆變換得到融合圖像。通過多模態(tài)影像融合后的圖像高信息量彌補(bǔ)單模態(tài)方法信息量低的不足，從而實(shí)現(xiàn)腫瘤的極早期診斷（1-3mm腫瘤）及早期微轉(zhuǎn)移預(yù)警，提高腫瘤早期診斷的準(zhǔn)確性及靈敏度。相關(guān)研究內(nèi)容創(chuàng)新點(diǎn)：1．磁共振探針量效分析的技術(shù)途徑具有創(chuàng)新性；2．結(jié)合動(dòng)物體表信號(hào)標(biāo)記及動(dòng)物體位定位裝置開展多模態(tài)圖像的獲取、融合及分析的技術(shù)途徑具有創(chuàng)新性。（三）取得重大突破的可行性分析盡管腫瘤分子影像目前已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了高度關(guān)注，并展示出廣闊的應(yīng)用前景，然而國內(nèi)外相關(guān)研究尚處在起步階段。本項(xiàng)目以腫瘤的早期診斷、腫瘤相關(guān)微環(huán)境的高靈敏度探測、腫瘤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及腫瘤上皮細(xì)胞間質(zhì)化過程的動(dòng)態(tài)可視化為研究目標(biāo)，以結(jié)直腸癌為研究對(duì)象，一方面發(fā)展微小腫瘤的早期診斷方法；另一方面開展與腫瘤轉(zhuǎn)移診斷、腫瘤早期轉(zhuǎn)移預(yù)警以及靶向治療療效預(yù)測相關(guān)的前瞻性研究，研究工作具有取得重大突破的可行性，原因如下：1．研究目標(biāo)明確，前期工作基礎(chǔ)扎實(shí)在腫瘤分子影像探針及微小腫瘤早期診斷方面，本項(xiàng)目組成員已經(jīng)開展了大量的前期工作，包括：高質(zhì)量生物相容性磁性納米晶體的制備、腫瘤納米分子影像探針的構(gòu)建及活體腫瘤檢測等。同時(shí)，在多模態(tài)分子影像探針的構(gòu)建及多模態(tài)影像信息處理方面也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，不僅發(fā)表了大批高水平的科研論文，而且獲得了系列相關(guān)專利。借助本項(xiàng)目組擁有的先進(jìn)且全面的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物影像設(shè)備條件，建立結(jié)直腸微小腫瘤早期診斷的分子影像方法，取得突破具有可行性。在探測腫瘤微環(huán)境中特征蛋白酶、金屬離子及pH值異常變化的智能化分子影像探針方面，相關(guān)研究內(nèi)容不僅結(jié)合了項(xiàng)目組成員的前期工作基礎(chǔ)，也包含了項(xiàng)目組成員經(jīng)多輪討論形成的原創(chuàng)性學(xué)術(shù)思想。研究內(nèi)容既充分體現(xiàn)了前瞻性，也具有實(shí)現(xiàn)突破的可能性。具體研究工作基礎(chǔ)包括：在金屬離子及pH探針方面不僅有多年的研究工作積累，而且在斑馬魚及小鼠上開展過前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)取得了高水平的科研成果；項(xiàng)目組成員在激活型的Cu離子探針及比例計(jì)量型的Zn離子探針方面已有很好的前期工作基礎(chǔ)，在pH探針方面也取得了重要突破。在腫瘤及小G蛋白相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路方面，項(xiàng)目成員曾在國際上研究Rho家族分子著名的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)地研究了Rho家族分子的調(diào)控機(jī)制，在Rho家族分子激活因子Dbl分子的研究中提出了Proto-dbl的分子內(nèi)自我抑制學(xué)說，研究成果分別發(fā)表在國際分子細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域著名雜志Mol.CellBiol.、Mol.Biol.Cell、J.Biol.Chem.上。同時(shí)，在Rho家族蛋白與腫瘤關(guān)系的研究及Rho家族蛋白小分子靶向藥物的研發(fā)等方面也取得了重要進(jìn)展，并發(fā)表了大量相關(guān)學(xué)術(shù)論文。在小G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可視化研究內(nèi)容中所涉及的核酸研究方面，項(xiàng)目組多名成員有相關(guān)前期工作基礎(chǔ)，并在核酸甲基化、多態(tài)性及高靈敏度檢測方面取得了國際領(lǐng)先的研究成果；在腫瘤細(xì)胞特異性核酸適配體的篩選、結(jié)構(gòu)改造、以及核酸適配體用于腫瘤細(xì)胞檢測、腫瘤標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)、靶向治療方面有系統(tǒng)的研究工作，發(fā)表了系列高水平研究論文?；谏鲜銮捌诠ぷ骰A(chǔ)，開展小G蛋白相關(guān)結(jié)直腸癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的可視化研究，取得突破具有可行性。在腫瘤的上皮細(xì)胞間質(zhì)化（EMT）方面，項(xiàng)目組成員已經(jīng)在模型建立這一難題上取得重大突破，成功地建立了體外、體內(nèi)EMT模型，并構(gòu)建了Snail調(diào)控報(bào)告基因質(zhì)粒，為本項(xiàng)目相關(guān)內(nèi)容的實(shí)施奠定了扎實(shí)的前期工作基礎(chǔ)，開展相關(guān)過程的可視化研究具有取得突破的可行性。2．高水平的研究隊(duì)伍及合理的學(xué)科布局本項(xiàng)目作為高度學(xué)科交叉的研究，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)、光化學(xué)、生物化學(xué)、腫瘤學(xué)、影像學(xué)、藥學(xué)等領(lǐng)域的專家組成，項(xiàng)目參加人員的學(xué)科布局合理，也是本項(xiàng)目研究內(nèi)容得以實(shí)施并取得重大突破的關(guān)鍵。同時(shí)，項(xiàng)目研究隊(duì)伍由活躍在第一線的優(yōu)秀中青年科學(xué)家為主，包括5名杰出青年基金獲得者，1名總后“科技新星”稱號(hào)獲得者，1名教育部長江特聘教授及3名中科院百人計(jì)劃入選者。3．實(shí)驗(yàn)條件一流本項(xiàng)目依托于1個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室、4個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及多個(gè)部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，項(xiàng)目參加單位華西醫(yī)院分子影像中心擁有開展本項(xiàng)目必要的多種動(dòng)物影像設(shè)備，這些獨(dú)特的優(yōu)勢為本項(xiàng)目取得突破提供了重要保障。課題1：高靈敏度多模態(tài)腫瘤納米分子影像探針承擔(dān)單位：中國科學(xué)院化學(xué)研究所南京大學(xué)吉林大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：高明遠(yuǎn)主要學(xué)術(shù)骨干：楊文勝、朱進(jìn)、陸輕銥、楊春暉經(jīng)費(fèi)比例：27%主要研究內(nèi)容：1．高質(zhì)量磁性納米晶體的制備及表面生物相容性修飾結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。相關(guān)內(nèi)容包括：磁性納米晶體的粒度及其分布控制；PEG分子量、PEG與烷基小分子對(duì)Fe3O4納米晶體表面的共修飾對(duì)磁性Fe3O4納米晶體粒度分布、納米顆粒與蛋白的相互作用規(guī)律以及血液半衰期的影響。2．多模態(tài)分子靶向探針的構(gòu)建。相關(guān)研究內(nèi)容包括：57Co摻雜型Fe3O4納米晶體的制備與粒度分布控制；腫瘤分子影像探針及多模態(tài)探針的腫瘤親合性及體內(nèi)分布行為；雙模及多模探針在腫瘤分子影像早期診斷中的應(yīng)用方法。研究目標(biāo)：制備長血液循環(huán)時(shí)間的磁性納米晶體，構(gòu)建高靈敏度多模態(tài)腫瘤納米分子影像探針，實(shí)現(xiàn)結(jié)直腸癌微小腫瘤的早期診斷。課題2：腫瘤微環(huán)境智能化納米分子探針承擔(dān)單位：南京大學(xué)中國科學(xué)院化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：張艷主要學(xué)術(shù)骨干：郭子建、馬會(huì)民、江華、何衛(wèi)江經(jīng)費(fèi)比例：25%主要研究內(nèi)容：1?高靈敏度及可定量的銅、鋅等離子及pH探針的構(gòu)建。相關(guān)內(nèi)容包括：激活型及比例計(jì)量型熒光探針的設(shè)計(jì)合成；探針功能化耦聯(lián)的活性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；探針的細(xì)胞毒性及細(xì)胞透膜性研究。2?金屬離子及pH探針的納米化結(jié)構(gòu)及生物靶向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。相關(guān)內(nèi)容包括：探針及靶向分子與納米顆粒載體的化學(xué)耦聯(lián)；功能化納米探針的穩(wěn)定性、生物相容性及檢測應(yīng)用。3?腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警智能化納米探針的構(gòu)建。相關(guān)內(nèi)容包括：腫瘤微環(huán)境中與轉(zhuǎn)移相關(guān)的蛋白酶底物的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；染料在納米顆粒上的負(fù)載及熒光淬滅行為研究；智能化探針在腫瘤轉(zhuǎn)移預(yù)警中的應(yīng)用。研究目標(biāo)：結(jié)合分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)建探測腫瘤微環(huán)境中的蛋白酶、銅、鋅等離子及pH值異常變化的智能化納米分子影像探針，發(fā)展結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移診斷的分子影像方法，同時(shí)以安全無創(chuàng)的影像學(xué)手段揭示腫瘤微環(huán)境中銅鋅離子及pH值異常變化與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性。課題3：腫瘤惡性生物學(xué)行為重要分子事件的動(dòng)態(tài)可視化承擔(dān)單位：中山大學(xué)中國科學(xué)院化學(xué)研究所長春應(yīng)用化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：杜軍主要學(xué)術(shù)骨干：上官棣華、唐紀(jì)琳、孫旭平、劉禮兵經(jīng)費(fèi)比例：24%主要研究內(nèi)容：1?與結(jié)直腸癌診療密切相關(guān)的EGFR/VEGFR-小G蛋白信號(hào)通路可視化研究。利用熒光素酶融合再生原理，構(gòu)建小G蛋白與熒光素酶片段融合蛋白基因；建立以磁性納米晶為基因載體的細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法；篩選優(yōu)化可特異性識(shí)別小G蛋白的核酸適配體分子探針；實(shí)現(xiàn)小G蛋白表達(dá)及活性的可視化。2?結(jié)直腸癌細(xì)胞EMT關(guān)鍵分子的可視化研究。設(shè)計(jì)構(gòu)建轉(zhuǎn)錄因子Snail調(diào)控表達(dá)的報(bào)告基因；建立磁性納米顆粒作為載體的基因轉(zhuǎn)染系統(tǒng)；解析體外Snail轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性。3?建立結(jié)直腸癌惡性生物學(xué)行為的在體分子多模態(tài)影像方法。建立含有磁性納米顆粒并可穩(wěn)定表達(dá)報(bào)告基因的細(xì)胞株；建立移植瘤動(dòng)物模型并開展腫瘤惡性表型在體多模態(tài)影像研究。研究目標(biāo)：結(jié)合納米技術(shù)與生物技術(shù)構(gòu)建智能化納米分子影像探針，實(shí)現(xiàn)EGFR/VEGFR-小G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及結(jié)直腸癌上皮細(xì)胞間質(zhì)化的動(dòng)態(tài)可視化，一方面為結(jié)直腸癌靶向治療療效預(yù)測提供影像學(xué)手段，另一方面為腫瘤早期轉(zhuǎn)移預(yù)警提供影像學(xué)方法。課題4：腫瘤納米分子影像探針在體多模態(tài)成像承擔(dān)單位：四川大學(xué)長春應(yīng)用化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：郜發(fā)寶主要學(xué)術(shù)骨干：畢鋒、王慧、許峰、王振新經(jīng)費(fèi)比例：24%主要研究內(nèi)容：1．磁性納米顆粒理化特性與磁弛豫特性的相關(guān)性研究。相關(guān)內(nèi)容包括：氫質(zhì)子弛豫特性對(duì)磁性納米晶體的尺寸依賴規(guī)律；磁性納米顆粒表面物理化學(xué)特性對(duì)其生理?xiàng)l件下聚集行為及磁共振造影性能的影響；定量化揭示以磁性Fe3O4納米晶體為核心構(gòu)建的探針在腫瘤診斷中的應(yīng)用。2?腫瘤納米分子影像探針在體分布規(guī)律、代謝途徑及安全性評(píng)估。相關(guān)內(nèi)容包括：結(jié)合放射性核素及熒光檢測技術(shù)，建立納米探針體內(nèi)分布規(guī)律及代謝途徑的研究方法；研究上述納米探針對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心肺功能、肝腎功能、造血功能及內(nèi)分泌功能等的影響，評(píng)價(jià)探針的體內(nèi)安全性。3?多模態(tài)智能化腫瘤納米分子影像探針在腫瘤早期診斷及轉(zhuǎn)移診斷中的應(yīng)用。相關(guān)內(nèi)容包括：結(jié)合圖像采集時(shí)的定位配準(zhǔn)及圖像分析時(shí)的軟件配準(zhǔn)，開展多模態(tài)腫瘤分子影像信息的獲取、圖像融合、圖像解析以及海量分子影像數(shù)據(jù)的綜合分析研究；利用多模態(tài)智能化納米分子影像探針，建立腫瘤早期診斷、轉(zhuǎn)移預(yù)警的分子影像方法。研究目標(biāo)：建立納米分子影像探針的在體應(yīng)用評(píng)估方法及應(yīng)用平臺(tái)，發(fā)展多模態(tài)分子影像探針在微小腫瘤早期診斷中的應(yīng)用方法，發(fā)展多模態(tài)分子影像信息解析方法。（五）本項(xiàng)目各課題間的有機(jī)聯(lián)系以及與項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)的關(guān)系1．本項(xiàng)目的課題設(shè)置思路及課題間的內(nèi)在聯(lián)系課題1的研究方向是高靈敏度、高敏感性結(jié)直腸癌早期診斷分子影像探針的構(gòu)建及其在微小腫瘤早期診斷中的應(yīng)用。課題1與其他3個(gè)課題緊密聯(lián)系，為課題2、3提供納米探針構(gòu)筑手段，為課題4提供多模態(tài)分子影像探針。而課題4將為課題1所構(gòu)建的探針進(jìn)行體內(nèi)評(píng)估，并用其建立多模態(tài)腫瘤分子影像技術(shù)平臺(tái)，與課題1聯(lián)合建立微小腫瘤早期診斷的多模態(tài)分子影像方法。課題2的研究方向是利用特異化學(xué)識(shí)別反應(yīng)，設(shè)計(jì)對(duì)腫瘤微環(huán)境中特征蛋白酶、金屬離子、pH值的異常變化具有高選擇響應(yīng)的智能化納米探針。課題2在課題4建立的多模態(tài)分子影像平臺(tái)基礎(chǔ)上，研究腫瘤微環(huán)境特征性變化與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及療效預(yù)測的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)也在智能化納米探針構(gòu)建策略上為課題3提供支撐。課題3的研究方向是與腫瘤細(xì)胞異常增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和耐藥等惡性生物學(xué)行為密切相關(guān)的EGFR/VEGFR-小G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的可視化，以及與腫瘤早期轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的結(jié)直腸癌上皮細(xì)胞間質(zhì)化（EMT）的動(dòng)態(tài)可視化。課題3也是課題1和課題2的深入和擴(kuò)展，在細(xì)胞內(nèi)分子層面開展研究的同時(shí)，將利用課題4提供的動(dòng)物影像平臺(tái)將細(xì)胞層面實(shí)驗(yàn)拓展到活體動(dòng)物層面。課題4的研究方向是腫瘤多模態(tài)分子影像信息的獲取及腫瘤分子影像信息的解析。課題4在為課題1-3所構(gòu)建的探針提供體內(nèi)應(yīng)用評(píng)估的同時(shí)，建立微小腫瘤早期診斷的分子影像平臺(tái)，并為相關(guān)探針從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)向臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。2．各課題與項(xiàng)目預(yù)期科學(xué)目標(biāo)的關(guān)系本項(xiàng)目預(yù)期科學(xué)目標(biāo)包括兩個(gè)層面：1．建立結(jié)直腸癌微小腫瘤早期診斷的分子影像方法，該目標(biāo)由課題1與4聯(lián)合完成；2．構(gòu)建智能化納米分子影像探針，發(fā)展腫瘤相關(guān)微環(huán)境的高靈敏度探測方法，建立與結(jié)直腸癌密切相關(guān)的EGFR/VEGFR-小G蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路及結(jié)直腸癌上皮細(xì)胞間質(zhì)化的可視化方法，從更深層次和新的層面為腫瘤的惡性生物學(xué)行為提供相關(guān)分子影像信息，該目標(biāo)由課題2-4聯(lián)合完成。

四、年度計(jì)劃研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)1.深入研究高質(zhì)量生物相容性磁1.建立高結(jié)晶度、窄粒徑分布、尺性Fe3O4納米顆粒以及Au納米寸可控的生物相容性磁性納米顆粒的制備方法；開展具有不同顆粒的制備方法；深入揭示納米表面修飾結(jié)構(gòu)的Fe3O4以及Au顆粒表面物理性質(zhì)及化學(xué)修飾納米顆粒在生理?xiàng)l件下的膠體結(jié)構(gòu)對(duì)其生理?xiàng)l件下膠體穩(wěn)定穩(wěn)定性研究。性的影響規(guī)律；在5-15nm范圍2.設(shè)計(jì)、合成對(duì)銅、鋅等金屬離子內(nèi)得到3種尺寸的磁性納米顆第靈敏檢測的激活型分子探針；研粒，粒徑分布小于10%。究探針分子的熒光性質(zhì)包括熒2.獲得2-3種左右熒光量子產(chǎn)率接—光量子產(chǎn)率、熒光壽命等；探針近或高于40%的新型銅、鋅等離分子的結(jié)構(gòu)改造，引入功能化耦子熒光探針，建立一種探針分子年聯(lián)的活性基團(tuán)，建立及優(yōu)化探針與納米顆粒有效連接的化學(xué)方分子與納米顆粒的有效連接方法。法。3.獲得可用于檢測小G蛋白活性3.初步構(gòu)建小G蛋白-Lucl、小G或Snail調(diào)控報(bào)告基因質(zhì)粒；獲蛋白效應(yīng)分子-Luc2報(bào)告基因質(zhì)得可用于核酸適配體篩選的靶?？疾煨蛋白被激活后其耦蛋白、設(shè)計(jì)2個(gè)可高效PCR擴(kuò)聯(lián)的熒光素酶對(duì)底物的催化活增的DNA文庫；初步篩選針對(duì)性；構(gòu)建Snail啟動(dòng)子調(diào)控的熒靶蛋白的核酸適配體。

研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)光素酶真核表達(dá)質(zhì)粒，考察該報(bào)告基因在腫瘤細(xì)胞1間質(zhì)化中的活性參數(shù)；與結(jié)直腸癌信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)分子的純化與固定化QNA或RNA文庫的設(shè)計(jì)與合成，核酸適配體的初步篩選。4.金殼鐵核磁納米粒子的制備；研究氫質(zhì)子馳豫特性對(duì)磁性納米晶體的尺寸依賴規(guī)律；小G蛋白原核生物表達(dá)質(zhì)粒的構(gòu)建；結(jié)直腸癌細(xì)胞系分子標(biāo)志物的鑒定；開展多模態(tài)分子影像圖像采集標(biāo)準(zhǔn)化及圖像融合技術(shù)研究。初步建立金殼鐵核磁納米粒子的制備技術(shù)；初步獲得不同粒徑的磁性納米晶體與成像效果間的量效關(guān)系;完成主要小G蛋白的表達(dá)及初步純化；完成5種結(jié)直腸癌細(xì)胞系分子標(biāo)志物的表達(dá)及活性的鑒定。發(fā)表SCI論文15-20篇，申請專禾利1-2項(xiàng)。第年體外評(píng)價(jià)納米顆粒，主要包括不同表面修飾的磁性納米顆粒與血漿中高豐度蛋白的相互作用規(guī)律研究，不同尺寸磁性納米顆粒與巨噬細(xì)胞的相互作用研究；初步開展磁性-熒光雙功能納米顆粒材料的制備研究。設(shè)計(jì)、合成雙光子及近紅外金屬發(fā)展受表面修飾及納米顆粒尺寸調(diào)控的免疫逃逸策略；初步建立磁性-熒光雙功能納米顆粒材料的制備方法。獲得1-2種近紅外金屬離子或pH熒光探針，構(gòu)建1-2種對(duì)MMP或FAP有智能化響應(yīng)的納米探針。

研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)離子熒光探針；研究探針分子的細(xì)胞毒性及細(xì)胞透膜性；測試探針在細(xì)胞及活體水平的成像效果并進(jìn)一步優(yōu)化探針分子結(jié)構(gòu)；構(gòu)筑納米粒子負(fù)載的熒光探針；通過橋連片段的選擇，針對(duì)MMP或FAP等與腫瘤微環(huán)境相關(guān)的蛋白酶，構(gòu)建相應(yīng)的智能化納米探針。利用小G蛋白活性及Snail調(diào)控報(bào)告基因質(zhì)粒建立并篩選穩(wěn)定表達(dá)的結(jié)直腸癌細(xì)胞；體外研究熒光納米粒子與生物大分子之間的靜電或疏水相互作用，并研究其生物傳感信號(hào)機(jī)理；研究該納米粒子作為基因載體的細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法。將能與腫瘤細(xì)胞特異性結(jié)合的生物分子（EGFR抗體，磷酸化蛋白質(zhì)抗體或凝集素等）以及具熒光分子修飾于金殼鐵核磁納獲得報(bào)告基因穩(wěn)定表達(dá)的結(jié)直腸癌細(xì)胞株；完善1-2種特異性識(shí)別結(jié)直腸癌相關(guān)分子的核酸適配體。建立納米粒子表面生物修飾的耦聯(lián)技術(shù)；建立穩(wěn)定f3o4標(biāo)記細(xì)胞的裸鼠皮下及直腸移植瘤模型；初步獲得不同表面修飾的磁性納米晶體與成像效果間的量效關(guān)系；建立誘導(dǎo)性結(jié)直腸癌動(dòng)物模型標(biāo)準(zhǔn)化方法。發(fā)表SCI文章20-25篇，申請專利3-5項(xiàng)。

研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)米粒子表面；f3o4納米顆粒標(biāo)記細(xì)胞的裸鼠皮下及直腸移植瘤模型的建立；磁性納米顆粒表面不同物化特性對(duì)其造影效果的影響；藥物誘導(dǎo)的大鼠直腸癌模型和小鼠結(jié)直腸癌肝臟轉(zhuǎn)移模型的建立；與課題三合作，篩選出出2-3種小G蛋白核酸適配體并進(jìn)行初步鑒定。1.開展納米顆粒與腫瘤靶向分子1.建立納米顆粒的生物耦聯(lián)方法；的耦聯(lián)研究；開展57CO摻雜型獲得窄粒度分布的磁性-放射性Fe3O4雙功能納米晶體的制備研雙功能納米顆粒；得到血液循環(huán)究；在活體動(dòng)物水平評(píng)價(jià)不同表時(shí)間長于10小時(shí)的磁性納米晶第面修飾以及不同尺寸的納米顆體。三粒對(duì)其血液半衰期及其體內(nèi)分2.制備2-4種具有較大Stokes位移布的影響規(guī)律研究。的比例計(jì)量型熒光探針；實(shí)現(xiàn)年2.設(shè)計(jì)、合成具有較大Stokes位移nM級(jí)的銅、鋅等離子的靈敏檢的比例計(jì)量型熒光探針；優(yōu)化熒測。光探針與磁性納米顆粒的綴合3.獲得1-2種與結(jié)直腸癌相關(guān)信號(hào)方法；研究染料在納米顆粒上的通路分子具有相互作用的納米-負(fù)載及熒光淬滅行為；研究功能核酸適配體探針，完成結(jié)構(gòu)表征

研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)化納米探針的穩(wěn)定性、生物相容性。解析小G蛋白信號(hào)通路活性的體外變化規(guī)律；解析Snail活化狀態(tài)與EMT發(fā)生的相關(guān)性；在單細(xì)胞水平上表征納米-核酸適配體探針的穩(wěn)定性、內(nèi)化效率以及對(duì)結(jié)直腸癌細(xì)胞的形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)的影響。以基于磁性氧化鐵納米晶體分子影像探針為研究對(duì)象，開究其在體單模態(tài)成像效果的量效關(guān)系；體外評(píng)價(jià)生物耦聯(lián)后的多模態(tài)熒光-金磁納米探針在生理環(huán)境中的穩(wěn)定性及細(xì)胞毒性；結(jié)合放射性核素及熒光檢測技術(shù)，開究納米探針在體內(nèi)分布特征及血液半衰期測定；采用臨床生化分析方法測定動(dòng)物的心肺功能、肝腎功能、造血功能以及內(nèi)分泌功能的相關(guān)生化指標(biāo)。與優(yōu)化。通過系統(tǒng)的動(dòng)物體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，尤選1-3種有應(yīng)用價(jià)值的納米分子影像探針；篩選優(yōu)化出1-3種生理環(huán)境中穩(wěn)定細(xì)胞毒性低的多模態(tài)探針；對(duì)納米探針的體內(nèi)安全性進(jìn)行早期評(píng)估。發(fā)表SCI論文20-25篇，申請專利2-4項(xiàng)。

研究內(nèi)容預(yù)期目標(biāo)1.開展以EGFR、VEGFR以及1.獲得MR-核素和MR-光學(xué)雙模FAPa為靶分子的MR-核素和分子影像探針，得到適合結(jié)直腸MR-光學(xué)雙模探針的構(gòu)筑研究；癌早期診斷用單模態(tài)及多模態(tài)開展腫瘤分子影像探針及多模分子影像探針。態(tài)探針的腫瘤親合性及體內(nèi)分2.構(gòu)建1-2種對(duì)腫瘤微環(huán)境特殊標(biāo)布行為研究。志物有智能化響應(yīng)的納米探針。2.利用已構(gòu)建出的探針分子，對(duì)腫3.獲得可靠、穩(wěn)定的小鼠結(jié)直腸癌瘤微環(huán)境中的異常金屬離子濃動(dòng)物模型；獲得能對(duì)結(jié)直腸癌細(xì)第度及pH進(jìn)行檢測；針對(duì)探針納胞中靶分子特異性響應(yīng)的納米米化的需求，對(duì)探針分子結(jié)構(gòu)的探針；四進(jìn)一步優(yōu)化；通過探針分子與靶4.通過系統(tǒng)的動(dòng)物體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，尤向分子的連