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随着肿瘤发生率的不断增加,人们越来越高度重视对于肿瘤的早期诊断。包括超声、计算机辅助断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和光学成像(OI)在内的分子影像学检测作为肿瘤早期诊断的一个重要手段,通过在肿瘤不断发展过程中对关键分子进行标记成像,可以直接观察到肿瘤的一系列病理变化过程和特征,而不是仅仅显示肿瘤末期的改变,因此使用这一检测手段可以在肿瘤的早期检测方面提供更加精准和完善的信息。MRI和光学成像在时间与空间分辨率、解剖定位、检测敏感性等方面各具优势与不足,MRI空间分辨率高,但成像敏感性较差;光学成像敏感性较高,但组织穿透力弱。然而,尽管大多数利用具有多种功能纳米粒子的分子成像技术已经在高灵敏度和高特异性肿瘤检测中取得了很大的进展,这些探针也存在着日益突出的问题:(1)大多数量子点由有毒的重金属元素组成(如Cd等),这些重金属元素往往限制了量子点的应用;(2)荧光染料容易聚集,存在较差的稳定性,易产生光漂白现象;(3)功能化的纳米粒子,常需靶向配体(如抗体、多肽或适配体等)通过复杂的制备过程和昂贵的试剂来修饰,以达到肿瘤靶向的目的。这些复杂的修饰往往导致高消耗、低纯度,生物相容性变差。因此,构建出一种结构简单、生物相容性好、灵敏性高的自主靶向的成像探针是分子影像学检测急需解决的问题。基于此,本课题以具有自主靶向能力的重链铁蛋白纳米笼(Heavy chain ferritin)、近红外荧光碳点(carbon dots)和具有磁共振成像能力的磁性四氧化三铁(Fe3O4)为功能基元构建自主靶向的光/磁双模式肿瘤诊断探针M-HFn/CDs,以解决上述问题。首先通过一步水热合成法合成氨基修饰的近红外荧光CDs,其具有较高的荧光强度、良好的水溶性、光学稳定性和良好的生物相容性。以自主靶向的HFn纳米笼为载体,内部合成磁性Fe3O4纳米粒,外部通过羧基与氨基化的近红外发光CDs共价偶联,无需修饰靶向试剂,在肿瘤细胞表面过度表达的转铁蛋白受体(TfR1)介导下,该合成的纳米探针能够特异性靶向多种肿瘤细胞(对乳腺癌、肝癌、结肠癌、胰腺癌等大多数癌细胞有识别),实现肿瘤的双模态(近红外荧光/核磁共振)成像并最终达到肿瘤早期诊断的目的。M-HFn/CDs纳米探针的制备过程主要包括:(1)采用一步水热合成法以柠檬酸为碳源,乙二胺为氮源合成氨基修饰的具有近红外发光特性的CDs用于荧光成像。(2)通过分子生物学方法合成HFn,利用CDs表面的氨基与HFn蛋白笼上的羧基通过酰胺键相连。(3)在HFn蛋白笼内合成磁性Fe3O4纳米粒,作为磁共振成像的造影剂。通过粒度仪对各步的产物进行粒径的测定,粒度测定的结果表明,CDs的粒径平均约为4 nm,且粒度大小分布均匀,多分散系数PDI数值为0.217,Zeta电位平均约为8.50 mV,该正电性表明氨基成功的修饰在CDs表面;HFn的粒径平均约为12 nm,PDI为0.204,Zeta电位平均约为-29 mV;M-HFn/CDs的粒径平均约为51 nm,PDI为0.225,Zeta电位平均约为-28.6 mV。通过荧光分光光度计考察制备的CDs和M-HFn/CDs的荧光性质,结果表明,该CDs和M-HFn/CDs均具有明显的近红外荧光性质和良好的上转换以及下转换荧光特性,且在pH为6.0时具有最强的荧光强度,这与肿瘤的弱酸性环境相适应,表明该探针可以用于肿瘤的成像诊断;M-HFn/CDs纳米探针由于含有超顺磁性的Fe3O4而具有强磁性,MRI体外结果表明M-HFn/CDs可以用于T2场的核磁共振成像,随着M-HFn/CDs探针浓度的增加逐渐呈现明显的黑化效应。为考察制备的M-HFn/CDs纳米探针的光/磁双模成像能力,本研究选择了乳腺癌细胞(MCF-7,人源)作为探针体外肿瘤成像能力评价的模型,分别考察了M-HFn/CDs探针的细胞毒作用以及探针在细胞内的摄取实验等。采用标准SRB法分别考察了CDs、HFn/CDs和M-HFn/CDs的细胞毒性,实验结果表明,在设定的浓度范围内,CDs、HFn/CDs和M-HFn/CDs均表现出较低的细胞毒性,即使在较大的浓度(800μg/mL),CDs依然表现出较高的细胞存活率(90%以上)。且CDs偶联到HFn表面后,相比CDs组,HFn/CDs和M-HFn/CDs组有更高的细胞存活率,结果表明M-HFn/CDs探针具有较高的生物相容性。通过MCF-7细胞摄取实验考察M-HFn/CDs探针的自主靶向能力,由于制备的近红外荧光CDs自身具有红色荧光,因此可以通过观察CDs的红色荧光来考察M-HFn/CDs探针的细胞摄取情况,与单独的CDs相比,HFn/CDs和M-HFn/CDs可以更快的被肿瘤细胞摄取,且在相同的孵育时间内,HFn/CDs和M-HFn/CDs的细胞摄取量明显高于单独的CDs,表明偶联HFn后,HFn的自主靶向能力更有利于M-HFn/CDs纳米探针快速进入肿瘤细胞。体外肿瘤成像能力实验表明,M-HFn/CDs可以通过HFn的自主靶向能力有效的靶向MCF-7细胞,并显示明显的红色荧光,用于肿瘤的近红外荧光成像。M-HFn/CDs纳米探针的体外MRI结果表明,M-HFn/CDs浓度依赖性的黑化效应使该探针可以用作肿瘤MRI诊断的对比剂。