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分子影像学是近十年发展起来的一种非侵入性的能反映活体内分子水平变化或细胞水平生理病理过程的全新学科,对重大疾病,譬如困扰成年男性的前列腺癌的早期诊断具有重要意义。金纳米颗粒(Gold nanoparticles,AuNPs)是近年来备受关注的无机纳米材料,具有良好的SERS增强效果,对X.射线有强吸收,且合成和表面修饰技术较成熟。我们立足于AuNPs的性质,以及表面增强拉曼(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)成像模式可进行多靶标检测、正电子发射计算机断层显像技术(Positron Emission Tomography,PET)成像模式穿透深度不受限且检测灵敏度极高的优点,展开了SERS/PET/CT多模式分子成像技术研究。主要研究内容如下: 1.基于AuNPs的细胞成像研究 (1)AuNPs的合成与表面修饰 我们利用Frens法和晶种法合成了不同尺寸的AuNPs(20-100 nm)。Raman信号分子可以通过静电相互作用吸附到AuNPs表面,HS-PEG-COOH和HS-mPEG的包裹赋予此纳米复合体稳定性和安全性。其中60 nm Frens法合成的AuNPs@Citrate具有最优SERS增强效果,用来进行细胞成像研究。 (2)AuNPs可以与抗体分子YPSMA-1进行偶联,进而实现与前列腺癌细胞LNCaP表面高度表达的PSMA受体特异性结合。Western Blot和免疫组织化学两组实验证实60 nm AuNPs是一种优良的分子生物学/细胞生物学探针。 2.AuNPs的药代动力学性质 分子成像研究过程中分子探针的药代动力学性质至关重要。我们根据198AuNPs展开一系列研究。统计结果表明AuNPs尺寸,表面包裹物(HS-PEG-COOH及HS-mPEG,PEG:poly-ethylene glycol)的分子量和摩尔比例对在小鼠体内的代谢都有一定的影响:AuNPs尺寸增大会导致血液清除速率加快,同时非特异性器官摄取量增加;HS-PEG-COOH分子量的增加则可以提高AuNPs在小鼠体内的稳定性;两种PEG的摩尔分数相等时AuNPs在血液中的清除比较规律。由于20 nm AuNPs SERS增强效果太弱,靶向分子RGD在利用PC-3细胞建立的前列腺癌小鼠模型中靶向作用不明显,最终我们选定40 nm AuNPs作为分子成像探针。 3.基于AuNPs的多模式分子成像技术研究 (1)在基于AuNPs的SERS/CT分子成像技术研究过程中,我们利用In vivoCT,ex vivo SERS,ex vivo TEM观察到AuNPs通过增强透过性与保留效应(EPR效应)在肿瘤部位的富集。 (2)我们在AuNPs中掺杂了Cu-64使之具有PET活性,通过PET/CT扫描我们观察到AuNPs(Cu-64)在肿瘤部位的摄取。 在上述两种成像研究中,PET检测灵敏度高,肿瘤部位PET信号十分醒目;而SERS成像模式检测灵敏度不够,穿透深度不理想,我们没有获得in vivo SERS信号;CT对比度能够显示AuNPs在肿瘤部位的摄取,但是摄取浓度有待提高。 综合上述结果,AuNPs是一种非常有潜力的多模式分子成像探针,通过进一步表面优化,稳定体内SERS信号,或者改良AuNPs本身形貌,可以使得该成像平台更适用于前列腺癌肿瘤的诊断。