靶向成纤维细胞活化蛋白小分子探针的设计合成及活体成像研究

作     者：赖超权 

作者单位：五邑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈文华;程震

授予年度：2023年

学科分类：1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 10[医学] 100701[医学-药物化学] 100602[医学-中西医结合临床] 

主      题：小分子探针 成纤维细胞活化蛋白 正电子发射断层扫描成像 近红外二区荧光成像 

摘      要：恶性肿瘤严重影响人类的生命健康。如果能在癌症早期接受精准诊断与治疗,患者的五年存活率会大大提高。目前对早期癌症进行精准诊断的手段主要是应用分子影像技术对肿瘤生物标志物进行成像。肿瘤微环境中癌相关成纤维细胞(Cancer Associated Fibroblasts,CAF)是组成肿瘤基质的重要成分,对肿瘤的生长、增殖和迁移起到重要作用。而成纤维细胞活化蛋白(Fibroblast Activation Protein,FAP)是CAF细胞重要的生物标志物,在90%以上肿瘤组织中高度表达,在健康的组织中几乎不表达。因此,以FAP作为成像靶点已成为肿瘤诊疗药物研究的热点。基于此,本论文以靶向FAP的抑制剂(FAPI)作为靶向基团,探索其在肿瘤诊断的应用。第一部分:简单概述分子影像技术在癌症早期精准诊断的作用,利用影像学的手段对癌症生物标志物进行成像,提高肿瘤检出率。其中肿瘤微环境是肿瘤重要组成部分,针对肿瘤微环境中的异常生理环境和生物标志物进行成像是目前癌症精准诊断的重要手段。FAP作为肿瘤微环境中的生物标志物,成为目前成像的重要靶点。第二部分:设计并合成了一种新型的FAP配体(DOTA-GPFAPI-04)。该配体由三个功能基团组成,即基于喹啉的FAP抑制剂,特异性靶向FAP;FAP底物Gly-Pro作为连接物,增强与FAP的相互作用;以及1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)螯合剂,用于不同放射性核素进行放射性标记。用分子对接研究了DOTA-GPFAPI-04与FAP的相互作用。用Ga对DOTA-GPFAPI-04进行放射性标记,得到Ga-DOTA-GPFAPI-04,用于胶质母细胞瘤的正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)成像。Ga-DOTA-GPFAPI-04通过放射性HPLC进行分析,纯度大于98%,在生理盐水和血清中观察到高度的稳定性。细胞摄取与阻断研究证明了该探针的特异性靶向。在正常小鼠体内进行的药代动力学研究表明,该探针的清除速度快,对主要器官没有明显的损伤。此外,与广泛研究的Ga-FAPI-04相比,Ga-DOTA-GPFAPI-04在U87MG肿瘤中显示出更高的摄取值(在注射后0.5小时,Ga-DOTA-GPFAPI-04为4.467±0.379%ID/g,Ga-FAPI-04为1.267±0.208%ID/g)。在小动物模型中,基于时间-活性曲线分析的肿瘤放射性的曲线下面积,Ga-DOTA-GPFAPI-04为422.5,Ga-FAPI-04为98.14,表明前者的肿瘤保留时间更长。在U87MG荷瘤鼠模型中,Ga-DOTA-GPFAPI-04的肿瘤与肌肉(T/M)比率达到9.15。PET成像和阻断实验显示,Ga-DOTA-GPFAPI-04具有特异性肿瘤摄取。综上所述,本研究设计合成并系统评价了FAPI靶向探针Ga-DOTA-GPFAPI-04。该探针具有Gly-Pro序列,展现出良好的胶质母细胞瘤体内成像特性和相对较长的肿瘤保留时间。这些结果说明DOTA-GPFAPI-04是作为开发FAP靶向肿瘤治疗剂的一个有前途的分子骨架。第三部分:为了验证该靶点在光学成像的应用潜力,合成了近红外二区(second near-infrared window,NIR-Ⅱ)花菁类染料D1和D2,并将其与FAPI进行偶联,得到了近红外二区小分子探针FAPI-D1和FAPI-D2。FAPI-D1的最大吸收和发射波长分别为780 nm和912 nm,而FAPI-D2的最大吸收和发射波长分别为780 nm和899 nm。FAPI-D1和FAPI-D2的摩尔吸光系数分别为1.082×10 Mcm和4.437×10 Mcm,在连续激光照射下探针表现出一定的光稳定性。以HCT-116皮下瘤肿瘤小鼠为模型,证明了探针能够对肿瘤进行特异性成像。而FAPI-D2显示出更高的肿瘤与背景比率,在注射后4小时,FAPI-D2和FAPI-D1的肿瘤与背景比率分别为2.766±0.087和1.313±0.078。探针肿瘤中的特异性摄取,有望用于荧光指导的手术导航研究中。综上,本研究设计合成并系统评价了FAPI靶向探针Ga-DOTA-GPFAPI-04。该探针具有Gly-Pro序列,展现出良好的胶质母细胞瘤体内成像特性和相对较长的肿瘤保留时间。这些结果说明DOTA-GPFAPI-04是作为开发FAP靶向肿瘤治疗剂的一个有前途的分子骨架。设计合成了两种近红外二区荧光探针FAPI-D1和FAPI-D2。通过实验研究表明,探针具有肿瘤特异性成像,具有一定的肿瘤对比度,为FAP靶向性诊疗探针的设计提供了新的思路。