[发明专利]使用表面增强拉曼纳米粒子标记物的体内肿瘤靶向和光谱检测

说明书

相关申请的交叉引用

本中请要求2007年4月2日提交的、标题为“A New Class of nanoparticle Tags Based on Surface Enhanced Raman Scattering for In Vitro and In Vivo Detection of Cancer Biomarkers”(用于体外和体内癌症生物标志 物检测的、基于表面增强拉曼散射的一种新类型的纳米粒子标记物)的、 序列号为60/909,656的美国临时专利申请的优先权，其整体特此通过引用 并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本发明是由政府支持在美国政府所属的美国国家卫生研究院授予的 编号为R01 CA108468的NIH基金下完成的。政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本公开总体涉及表面增强拉曼光谱纳米粒子，及其细胞检测用途。

背景

用于体内分子成像和靶向治疗的生物相容的纳米粒子的开发是当前 在许多科学、工程和生物医学学科中引起相当大兴趣的领域。基本原理是 纳米尺寸的粒子具有离散分子或宏观材料所没有的功能和结构特性。当与 生物分子靶向配体如单克隆抗体、肽或小分子偶合时，这些纳米粒子可用 来以高特异性和亲和性靶向恶性肿瘤。在直径为10-nm至100-nm的“介观” 尺寸范围内，纳米粒子还具有大表面积以偶合至多种诊断的(例如，光学 的、放射性同位素的或磁性的)和治疗的(例如，抗癌的)剂。最近的进 展已经导致用于药物递送的生物可降解纳米结构、用于磁共振成像的氧化 铁纳米晶体、用于多重分子诊断和体内成像的量子点和用于短干扰RNA (siRNA)递送的纳米级载体的发展。

胶体金已经被安全地用来治疗类风湿性关节炎半个世纪，而且最近的 研究表明，在全身注射后聚乙二醇化的金纳米粒子(用聚乙二醇或PEG保 护层包被的胶体金)展现了优秀的体内生物分布和药物代谢动力学特性。 与含镉的量子点及其他的毒性或免疫原性的纳米粒子相反，金胶体在体内 有少量或没有长期毒性或其他有害作用。单个分子和单个纳米粒子的表面 增强拉曼散射(SERS)的发现已经吸引了对于增强机理的基础研究和在超 灵敏光检测和光谱学上的潜在应用二者的相当大的兴趣。许多研究人员已 经证明，增强因子大到10¹⁴-10¹⁵，其导致与荧光有机染料可比的或甚至更 大的拉曼散射截面。在室温下，这种巨大的增强允许位于单个纳米粒子表 面或两个粒子接合处的单个分子的光谱检测和鉴别。关于单个分子SERS 的结构和机理方面已经取得进展，但仍不清楚的是，这种大的增强作用可 如何用于分析化学、分子生物学或医学诊断的应用。一个主要问题是SERS 所固有的界面性质，其要求分子吸附在粗糙金属表面上。对于生物分子如 肽、蛋白质和核酸，表面增强拉曼数据特别地难获得，难解释并几乎不可 能再现。

概述

开发了一种基于超灵敏的表面增强拉曼散射(SERS)光谱学的新的细 胞成像技术的实施方案作为诊断和治疗工具。本公开的实施方案涉及自发 地组装的SERS纳米标记物，其含有用于体外和体内应用的耐久和多用途 的保护涂层。图像亮度测量可显示SERS纳米标记物比量子点标记物高至 少两个数量级。双功能的聚乙二醇聚合物充当金纳米粒子核心与连接于纳 米结构上的靶向或治疗剂之间的连接体。

公开了纳米粒子、其制备方法和使用所述纳米粒子的实施方案来检测 靶分子的方法。其中，示范性的纳米粒子的一个实施方案包括表面增强拉 曼光谱活性的复合纳米结构。所述表面增强拉曼光谱活性的复合纳米结构 包含核心、报道分子和封装物质。所述报道分子键合于所述核心。所述报 道分子可选自但不限于异硫氰酸酯染料、多硫有机染料、多杂硫有机染料、 苯并三唑染料及其组合。所述封装物质被置于所述核心和所述报道分子 上。所述被封装的报道分子具有可测量的表面增强拉曼光谱特征。

简短地描述，本公开的实施方案特别地涵盖纳米结构、制备纳米结构 的方法、通过将本公开的纳米结构递送到细胞、组织或整个动物或人之上 或之内的特定靶而成像的方法。本公开涵盖包括金属纳米粒子核心、拉曼 报道子和置于其上的保护层的纳米结构。