Biocompatible Magnetic Resonance Probes for in vivo Concurrent Profiling of Interstitial Oxygenation, Acidosis and Inorganic Phosphate: Preclinical Application to Cancer

用于体内间质氧合、酸中毒和无机磷酸盐同步分析的生物相容性磁共振探针:在癌症中的临床前应用

基本信息

  • 批准号:
    9295138
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-06-15 至 2019-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Cancer research has recently experienced a paradigm shift from the seemingly obvious target of tumor cells towards key support systems of cancer, such as the tumor microenvironment (TME). Tissue oxygenation (pO2) and acidosis (pH) are among the most established hallmarks in solid tumor. Recently, extracellular inorganic phosphate (Pi) has been identified as a new signaling molecule of importance in tumorigenesis. This project aims to develop new biocompatible paramagnetic probes suitable for systemic delivery allowing for in vivo concurrent measurement of tissue acidosis (pH), oxygenation (pO2) and Pi concentration in the extracellular compartment (HOPE probes) using electron paramagnetic resonance (EPR)-based technologies. These developments will provide a new unique tool in cancer research allowing for in vivo direct non-invasive measurements and correlation of these important TME parameters. Under SA1, a robust click chemistry approach has been designed to efficiently produce a library of PEGylated HOPE probes. Under SA2, tumor targeting will be achieved upon conjugation of the PEGylated probe to RGD and/or folic acid ligands. The synthesized probes will be evaluated in vitro for their functional sensitivity, spectral properties, toxicity and ability to bind to the targeted biological receptors. Finally, under SA3, we will use a mouse model of human breast cancer to perform toxicokinetic studies, to optimize the probe dose and experimental time window, and to determine the functional sensitivity and tumor targeting efficiency of the probes using low frequency EPR spectroscopy and Overhauser-enhanced magnetic resonance imaging. We anticipate to achieve in vivo functional sensitivity of 1-2 mmHg of pO2, 0.05 units of pH, and 0.1 mM of Pi. We expect the dual targeted approach of the two receptors upregulated in numerous cancer types to improve the contrast between healthy and tumor tissues, and to significantly enhance signal intensity and decrease probe dosage. The completion of this K99/R00 award by the PI will allow him to obtain the necessary tools and skills in EPR-based in vivo spectroscopy and imaging to successfully apply this knowledge to the field of cancer functional imaging; therefore, bridging the interface between synthetic organic chemistry, cancer research and imaging technologies. The successful completion of this project is designed to make a signficant impact on the future of bioimaging applications to medicine.
项目摘要/摘要 癌症研究最近经历了从看似明显的肿瘤细胞靶标的范式转变 迈向癌症的关键支持系统,例如肿瘤微环境(TME)。组织氧合(PO2) 和酸中毒(pH)是实体瘤中最确定的标志之一。最近,细胞外无机 磷酸盐(PI)已被确定为肿瘤发生中重要性的新信号分子。这个项目 旨在开发适合全身性传递的新生物相容性顺磁性探针允许体内 同时测量组织酸中毒(pH),氧合(PO2)和PI浓度 使用电子顺磁共振(EPR)技术的隔室(希望探针)。这些 事态发展将为癌症研究提供新的独特工具,从而使体内直接非侵入性 这些重要的TME参数的测量和相关性。在SA1下,可靠的点击化学 方法旨在有效地生产出质合的希望探针库。在SA2下,肿瘤 在将pegy的探针与RGD和/或叶酸配体结合后,将实现靶向。这 合成探针将在体外评估其功能敏感性,光谱特性,毒性和 与靶向生物受体结合的能力。最后,在SA3下,我们将使用人类的鼠标模型 乳腺癌进行有毒理的研究,以优化探针剂量和实验时间窗口,以及 使用低频EPR确定探针的功能灵敏度和肿瘤靶向效率 光谱和大关增强的磁共振成像。我们预计会在体内实现 1-2 mmHg的PO2,0.05个单位的pH和0.1 mM PI的功能敏感性。我们期望双重目标 两种受体的方法上调了许多癌症类型,以改善健康之间的对比度 和肿瘤组织,并显着增强信号强度并降低探针剂量。完成 PI获得的K99/R00奖将使他获得基于EPR的体内的必要工具和技能 光谱和成像成功地将这些知识应用于癌症功能成像领域; 因此,桥接合成有机化学,癌症研究和成像之间的界面 技术。该项目的成功完成旨在对未来产生重大影响 对医学的生物成像应用。

项目成果

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