一、课题背景
癌症是一种极具侵略性的疾病，其细胞的生长不受控制，与癌症相关的发病率从和死亡率仍然很高[1]。当前人们对肿瘤发展和复发的机制仍未完全了解，因此癌症治疗在现代医学技术中癌症治疗仍然面对巨大的挑战[2]。传统的放疗，化疗等非靶向疗法在杀伤癌细胞的同时也会损害正常细胞，从而导致严重的副作用。每年仍有很多人死于癌症，尽管大多数癌症治疗的疗效不断提高，但最有效的癌症治疗策略是彻底清除所有恶性肿瘤，但是在大多数情况下，癌细胞和健康细胞之间的差异是微小的，有的病变甚至是掩盖在其他组织下的，无法被发现。所以肿瘤的精确检测应该是首要的考虑因素。但是癌症病变体积小，肉眼难以识别，所以能够正确指示健康组织与癌变细胞的边界的技术对于精确识别病变组织是非常有重要的[2]。迄今为止，随着成像设备和成像化学探针的发展，体内医学成像在定位和区分肿瘤病变方面已经取得了很大的进步[3]。很多种成像诊断技术已经应用于临床医学，比如核磁共振成像（MRI）,X-射线成像，计算机断层扫描（CT），正电子发射断层扫描（PET）和超声检查（US）等。用于可视化肿瘤病变的体内医学成像技术可以用于帮助诊断，促进手术切除，研究治疗效果并改善预后。但是由于体内靶标物的相对浓度较低，传统成像方式缺乏足够的特异性和敏感性[2]，这可能与组织的新陈代谢及信号穿透的有限分辨率和深度有关,[2] 因此迫切需要具有高灵敏度成像手段。在过去的几十年中，基于荧光的成像技术已经逐渐成为基础研究和转化研究，临床治疗中不可缺少的技术。荧光成像通过无创，实时，高分辨率成像提供了进一步准确诊断肿瘤的希望。荧光生物成像中可以可视化活细胞中特定细胞器的技术已经成为生物学研究和临床研究的有力工具。[4-9] 此外，荧光生物成像可以捕获有关肿瘤结构和肿瘤代谢的特定信息分子，同时具有低成本，无放射性，简单方便的特点。其中，具有NIR吸收和发射曲线的近红外应该生物成像探针在确定肿瘤边缘和病变切除方面显示出了巨大的进步。[10]
- 要解决的问题
尽管近红外荧光染料存在巨大的市场需求，但是与可见光谱中的活性染料相比，NIR染料仍然很少见，相关文献的数量也比较少。NIR荧光染料的开发非常具有挑战性。NIR染料的化学稳定性较差， 对还原性和氧化性具有敏感性，而且大部分NIR荧光染料的光稳定性也较差，容易在光激发下异构化或者分解，[11] 不稳定的NIR染料没有实际的应用意义。其次，由于能量能级较小，结构刚性较差，NIR的荧光量子产率不高。
用于肿瘤成像的荧光基团必须有良好的亲水性，并且在生物系统中具有稳定的光稳定性，高量子产率，高灵敏度和合适的组织穿透深度[12-14]。因此要对NIR荧光染料不断进行改造，以提高NIR染料的稳定性，荧光量子产率等，并且使荧光染料选择性聚集在目标组织，能从健康组织中迅速清除，在组织表面一下的较大深处可见，在临床上无毒[1]，从而使之在生物研究和癌症治疗中发挥更大的用处。
- 可行性分析
近红外荧光染料是指在NIR区域内具有光谱活性的材料，本质上可以是有机物，无机物，聚合物和生物材料[15-17]。第一种吸收NIR的染料在1913年被制备出来，[18]最初被用于摄影，如今它们广泛运用于激光，信息储存，疾病诊断和医疗等方面。[19]近红外荧光染料用于生物成像时，除了具有近红外吸收/发射波长、还荧光具有良好的水溶性和较低的生物毒性，特异的组织或细胞靶向性以及良好的细胞穿透性等，从而达到更安全、高效、灵敏的荧光成像目的。近红外（NIR）由于减少了吸收和散射，可以更深入的穿透组织，并且最小化背景自发荧光的干扰，可以极大促进分子过程的体内成像。[11] 为了提高近红外荧光染料的水溶性和生物相容性和较低的生物毒性，可以将一种高分子聚合物材料-聚乙二醇（PEG）修饰到荧光染料上，经过 PEG 修饰后的荧光染料还具有较长时间的体内循环。近红外荧光染料也可以作为一种辅助手段修饰到药物或药物载体的表面，通过荧光成像的方法追踪并检测药物在体内的运输、释放、分布，使这些过程可视化并利于进行控制。例如将荧光分子与喜树碱用双硫键连接，封装于 PEG-PLA 纳米粒中，由于肿瘤组织中富集的 GSH 能有效切断双硫键，使得荧光分子荧光增强，而喜树碱则用于杀死癌细胞，能同时实现靶向送药和可视化检测疗效等多重目的。吲哚菁绿（ICG）是最被广泛接受的生物医学近红外染料。[20] 1957年ICG经过了FDA的批准，[21] 如今ICG的医学用途广泛，包括淋巴血管造影，术中淋巴结识别，肿瘤影像学，浅表血管和标记缺血组织等。科学家们还鉴定出了一类用于肿瘤成像的近红外荧光七甲胺花菁类染料，这些小分子染料可以被吸收并积聚在肿瘤细胞中，而无需进行特异性靶向修饰。其次，将两性离子特性引入NIR染料中提高信噪比，[22] 用于诊断和治疗。两性离子七甲胺吲哚菁和环肽环的结合物在体外细胞实验中表现良好。
- 研究方法和内容
为建立满足医学成像要求的荧光染料探针，包括波长，亮度，生物稳定性，光稳定性，特定组织急需和药代动力学的要求，可以将荧光基团与某种细胞表面受体结合的配体简单缀合，考虑对肿瘤靶标的固有亲和力，生成主动靶向探针，[2] 染料在目标部位的积聚和保留，可以作为造影剂，从而相应减少向正常细胞的递送，但同时必须将未结合的探针从体内清除。[2]其次，可根据目前已经有的NIR荧光染料，进行结构改造，寻找最优结构。
- 工作计划
2月28日—3月20日：完成文献查阅、开题报告等前期工作。
3月21日—5月10日：完成NIR-03衍生物的合成以及细胞亲和力和动物肿瘤靶向性研究工作。
5月11日—5月20日：完成毕业论文的撰写工作。
5月21日—6月04日：完成毕业论文的评阅、答辩与修改工作。
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