肿瘤部位的灵敏成像和精准治疗是实现肿瘤早期诊断和治疗的关键因素,可以有效提高肿瘤治疗的成功率,减小对正常组织的毒副作用,延长患者的生存期。Micro RNAs(mi RNAs)参与细胞增殖、分化和凋亡等多种细胞生理活动过程中的基因表selleckchem GSK1120212达,与多种癌症密Photocatalytic water disinfection切相关,已被证实可以作为一种重要的肿瘤标志物,用于癌症的早期诊断。然而,mi RNAs体积小、具有一定的同源性、相似性高、丰度低,这为其癌细胞内mi RNAs的准确检测提出了一定的挑战。为了提高细胞内mi RNAs的检测灵敏度,近年来发展了一些无酶放大策略,如杂交链式反应、链取代反应、催化发夹组装(catalytic hairpin assay,CHA)等。尽管这些方法具有灵敏度高、操作简单、反应快速、不需要复杂仪器等优点,但也不可避免地存在一些缺点如非特异性激活、在细胞内稳定性差等。由于正常细胞内和血浆中含有一定量的mi RNAs,因此,放大反应有可能在到达肿瘤部位前激活,造成一定的背景干扰。因此,开发特异性激活的mi RNAs刺激响应型循环放大体系,实现肿瘤细胞内mi RNAs的成像和动态检测以及mi RNAs介导的治疗策略,对于肿瘤早期诊断及诊疗的一体化研究具有重要意义。本文采用上转换纳米材料(UCNPs)作MLN4924临床试验为荧光染料的递送载体,设计内源性谷胱甘肽(GSH)刺激响应的催化发夹,在癌细胞内发生响应型催化发夹组装放大反应,实现癌细胞内mi RNAs的高灵敏、高特异性原位成像和动态检测,成功实现了对肿瘤细胞和正常细胞的区分。此外,进一步在上转换纳米材料表面引入光敏分子,在癌细胞内完成谷胱甘肽和mi RNAs介导的光动力治疗过程,产生活性氧,靶向杀伤癌细胞,实现对恶性肿瘤的精准治疗。本文主要的研究工作如下:1、基于内源性激活的CHA策略实现癌细胞内mi RNAs原位成像和动态检测。本工作构建了一种癌细胞内过表达的内源性物质特异性激活的信号放大策略,实现细胞内mi RNAs的双色荧光共定位原位成像。首先在上转换纳米材料(UCNPs)表面修饰含有Cy5-BHQ2的捕获发夹,然后设计一种谷胱甘肽特异性激活的催化发夹(含有Cy3-BHQ1)。通过细胞摄入和转染作用,进入癌细胞内。在癌细胞内过表达的谷胱甘肽的作用下,预保护的催化发夹发生二硫键的断裂,释放具有暴露toehold端的催化发夹,与上转换纳米材料表面的捕获发夹,在mi RNAs参与下,发生CHA反应,实现信号放大。最终形成的荧光探针表面的Cy3和Cy5,可以实现双色荧光共定位。由于癌细胞中GSH的浓度远高于正常细胞和细胞外环境中的浓度,因此,设计的纳米荧光探针可以有效避免在正常细胞和细胞外环境的非特异性激活,可以提高癌细胞内mi RNAs成像的精确度,有效增强对肿瘤部位的检出率,避免周围正常组织的干扰,为肿瘤的精准诊断提供有效策略。2、基于内源性激活的CHA策略实现癌细胞内mi RNAs引导的精准光动力治疗。本工作开发了一种细胞内GSH调节、mi RNAs引导的精准光动力治疗平台。治疗平台由含有亚甲基蓝(MB)的捕获探针和含有双硫键位点的催化探针在组成。首先在上转换纳米材料表面修饰含有MB-BHQ2的捕获发夹,由于上转换纳米探针与MB和BHQ2间发生二元发光共振能量转移过程,MB的光敏活性被抑制。然后同样设计一种谷胱甘肽特异性激活的催化发夹。通过细胞摄入和转染作用,进入癌细胞内。在癌细胞内过表达的GSH的作用下,预保护的催化发夹发生二硫键的断裂,产生暴露出toehold端的催化发夹。其与上转换纳米材料表面的捕获发夹,在mi RNAs参与下,发生CHA反应,并打破二元发光共振能量转移过程,在近红外光的刺激下,实现上转换光动力治疗。该策略可以实现对癌细胞和恶性肿瘤组织的精确光动力治疗,有效避免探针对周围正常组织的毒副作用,将为恶性肿瘤精准治疗提供有效策略。