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糖类物质/糖基化合物是指细胞表面各种各样的糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂等物质,在细胞分化与增殖、细胞间信号传递、免疫反应、肿瘤发展与转移等各种生理和病理过程中发挥重要作用。凝集素是一类非酶、非抗体的糖结合蛋白,一种凝集素具有对特定糖基专一性结合的能力。由于肿瘤细胞和正常细胞通常存在细胞表面糖基化合物表达的差异,凝集素能够作为特异性糖基化合物配体应用于肿瘤的早期诊断及分型。因此,发展能用于研究细胞表面糖基化合物与凝集素相互作用的高通量分析方法具有重要意义。微阵列芯片技术因样品需求量少、高通量和自动化等优势在基因、蛋白等领域的应用中得到了较好的发展。特别的是,凝集素微阵列芯片已成为研究细胞表面糖基化合物表达、细胞分类和变异细胞检测及捕获的重要工具。本文以聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶凝集素微阵列芯片为反应平台,分析了不同细胞(包括三种常见的结直肠癌(CRC)细胞和一种正常结直肠上皮细胞)表面的糖基化合物表达,筛选出对早期结直肠癌细胞(SW480)具有特异性结合能力的凝集素,并将该凝集素作为一种糖基化合物配体应用于早期结直肠癌诊断及治疗的相关研究。主要内容如下:1.制备了以PAAM水凝胶为基底的凝集素微阵列芯片用于分析结直肠癌细胞表面的糖基化合物表达,并通过对比27种凝集素与三种不同阶段结直肠癌细胞(SW480、HCT116和SW620细胞)和一种正常结直肠上皮细胞(NCM460细胞)的相互作用,筛选出对早期结直肠癌细胞(SW480)具有特异性结合能力的荆豆凝集素(UEA-I)。进一步制备了 UEA-I功能化的上转换纳米探针(NaGdF4:20%Yb,2%Er@NaGdF4@SiO2-UEA-I,简称为 UCNP@SiO2-UEA-I),通过细胞及活体的多模态成像(UCL/MR/CT)证明UEA-I可作为一种糖基化合物配体用于检测SW480细胞及肿瘤。2.以α-1.2-岩藻糖基转移酶为靶点,利用固定UEA-I的凝集素微阵列芯片间接考察了五种小分子抑制剂对SW480细胞内α-1,2-岩藻糖基转移酶的抑制能力。进一步将荧光素标记的UEA-I(FL-UEA-I)探针和UEA-I功能化的镧系掺杂上转换纳米探针(UCNP@SiO2-UEA-I)分别用于细胞及活体内肿瘤的荧光成像,探究了槲皮素对细胞及肿瘤内α-1,2-岩藻糖基转移酶的抑制能力,同时探究了槲皮素对细胞增殖及肿瘤生长的影响。实验结果很好地证实了凝集素微阵列芯片的分析结果,说明槲皮素可作为一种潜在的治疗早期结直肠癌的药物。3.合成了一种新型808 nm激发强红光发射的上转换纳米粒子(NaErF4:10%Yb@NaYF4:40%Yb@NaNdF4:10%Yb@NaGdF4:20%Yb UCNPs),通过包裹羧基化二氧化硅将纳米粒子转移至水相(UCNP@SiO2-COOH),获得的纳米探针可用于深层组织荧光成像。通过修饰NH2-PEG3400-COOH、多肽D-SP5、凝集素UEA-I,获得了三种新型纳米探针UCNP@SiO2-PEG、UCNP@SiO2-D-SP5、UCNP@SiO2-UEA-I,并通过活体内肝、肾和肿瘤的UCL荧光成像进一步探究了 UCNP@SiO2-COOH、UCNP@SiO2-PEG、UCNP@SiO2-D-SP5和UCNP@SiO2-UEA-I在活体内的分布、清除及对结直肠肿瘤(SW480)的靶向能力。体内及体外实验结果表明,这四种不同修饰的纳米探针在活体内的分布及清除没有明显的区别,但UCNP@SiO2-UEA-I对SW480肿瘤的靶向结合能力明显强于其它三种纳米探针,且UCNP@SiO2-UEA-I可作为一种灵敏的光学探针实现活体内约3 mm3超小肿瘤的诊断。4.制备了 UEA-I功能化的Fe3O4磁株(MB-UEA-I)并将其用于高效特异性地捕获分离完全培养基及全血中的α-1,2-岩藻糖过量表达的循环肿瘤细胞(CTCs)。被捕获的细胞依然保持着较高的细胞活率(>90%)和良好的细胞增殖能力,有利于进行下游突变检测和细胞增殖等研究。此外,结合三色免疫细胞化学(ICC)鉴定技术,利用MB-UEA-I可成功捕获分离结直肠癌患者外周血中α-1,2-岩藻糖过量表达的CTCs,进一步证实了 MB-UEA-I在临床方面的实用性,且实验结果表明,原发性结直肠癌和转移性结直肠癌具有不同的CTCs特征。