[发明专利]核磁-光学双模态成像双锥形DNA纳米探针及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种核磁‑光学双模态成像双锥形DNA纳米探针及其制备方法与应用。所述双模态成像DNA探针由DNA纳米结构、核酸适配体、化学荧光分子和核磁共振成像造影剂制备得到。本发明提供的DNA探针提高了核磁共振成像造影剂和化学荧光分子在体循环中的稳定性，减少了钆离子可能产生的生物毒性，并且利用核酸适配体提高了对肿瘤的靶向性，在钆含量仅为临床剂量1/20的情况下保持了与临床核磁造影剂相当的T1弛豫效能，具有核磁共振成像和荧光成像的协同效果，达到了更高的肿瘤成像分辨率和灵敏度，为肿瘤早期诊断提供有力技术手段。

技术领域

本发明属于纳米医学领域，具体地说，涉及一种核磁-光学双模态成像双锥形DNA纳米探针及其制备方法与应用。

背景技术

核磁共振成像(MRI)由于具有高成像分辨率、低干扰、可在任意方向及平面成像的优点，被广泛应用于肿瘤诊断中。核磁共振成像造影剂是指缩短人体组织的Tl和T2等弛豫时间来增加影像的对比的制剂，利用顺磁性或超顺磁性物质的制剂成为主流。利用造影剂来扩增所需组织的全部或部分信号，或者弱化周边组织的信号，从而能将明暗对比放大。钆(Gd)是一种稀土金属元素，其原子轨道含有七个未成对电子，是未成对电子数最多的金属元素。利用这个不成对电子的磁力矩可有效检测钆周围的环境，是常见的核磁造影剂组成元素。为了降低钆离子产生的生物毒性，临床使用的造影剂多为钆络合物，钆-二乙烯二胺五醋酸(DTPA)的络合物最为常见。钆络合物在T1加权成像中可以达到很高的分辨率。然而，由于钆造影剂具有非特异性，核磁成像灵敏度较低，因此肿瘤的早期诊断较为困难。而提高造影剂的用量也会增加钆在体内产生毒害作用的风险。

纳米材料的诞生为钆造影剂提供了有力的辅助。使用纳米材料作为载体，不仅保持了钆造影剂原有的成像效率，还可以一定程度上增加造影剂在肿瘤部位的富集，降低造影剂的非特异性导致的全身毒性。在纳米材料上修饰靶向官能团可以有效提高造影剂对肿瘤的靶向性。DNA纳米材料具备形貌可控性、可寻址性、可修饰性等优势，另外，作为生物大分子，DNA具有其他材料不可比拟的生物安全性，这为DNA纳米材料作为药物载体提供了强有力的支持。目前，研究成果显示DNA纳米结构作为金属纳米粒子、药物分子及其他生物大分子的载体，可被应用于肿瘤的成像与治疗。基于沃森-克里克的碱基互补配对原则，若干条寡核苷酸序列可以配对杂交形成预先设计好的结构。通过这项技术，可以简单方便地制备结构复杂的二维或三维自组装DNA纳米材料。通过单链DNA修饰的钆络合物也可以通过杂交的方式连接到DNA纳米结构上。

近红外荧光成像具有高灵敏度以及高组织穿透率的特点，可以弥补核磁共振成像的低灵敏度问题。将合适的荧光分子修饰在单链DNA末端，再杂交到DNA纳米结构的特定位点，即可实现核磁-光学的双模态成像。

发明内容

本发明的目的是提供一种核磁-光学双模态成像双锥形DNA纳米探针及其制备方法与应用。

为了实现本发明目的，本发明提供一种核磁-光学双模态成像双锥形DNA纳米探针，所述双模态成像DNA探针由DNA纳米结构、核酸适配体、化学荧光分子和核磁共振成像造影剂制备得到。

第一方面，本发明提供一种核磁-光学双模态成像双锥形DNA纳米探针的制备方法，包括以下步骤：

A、将单链DNA的5’端修饰氨基，3’端修饰荧光分子(如Cy3)；

B、修饰后的单链DNA与DOTA-NCS反应生成DNA-DOTA；

C、DNA-DOTA与可溶性Gd盐发生络合反应，得到螯合Gd的DNA-DOTA[产物DNA-DOTA(Gd)]；

D、将15条短序列单链DNA与1-9条(优选9条)所述螯合Gd的DNA-DOTA杂交得到双锥形纳米DNA；

E、将双锥形纳米DNA与聚乙二醇-聚赖氨酸孵育，得到表面修饰聚乙二醇-聚赖氨酸的双锥形纳米DNA；