nsfc生物医学纳米材料对血细胞作用的研究

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1、项目名称：生物医学纳米材料对血细胞作用的研究首席科学家：XXX起止年限：2011.1至2015.8依托部门：XXX二、预期目标总体目标：本项目以血液恶性肿瘤的早期诊断、有效治疗和疗效评价的重大临床需求为目标，通过研究纳米材料对血细胞的作用，将纳米生物医学技术与血液恶性肿瘤诊治相结合，力争在血液恶性肿瘤的发病机制和病理学研究、早期检测与诊断、临床干预与治疗方面取得具有重大国际影响力的原创性重要成果，建立和发展全新的血液恶性肿瘤诊治策略和方法，培养能够进行原创性研究的交叉学科人才，使我国在生物医学纳米材料及其在血液恶性肿瘤诊治的应用研究这一领域进入国际先进行列，为人

2、类健康事业做出贡献。五年预期目标：通过五年的努力，实现以下目标：1．基于纳米材料对白血病细胞的作用，发展有效的纳米基因载体，在白血病细胞中得到转基因的高表达；明确若干白血病致病基因；2．研制出具有特异性生物识别和示踪功能的光学、磁学及电化学生物纳米探针及其标记白血病细胞的方法；阐明中枢神经系统白血病形成机制的一般规律，以及白血病细胞穿越血脑屏障的调节分子。为白血病的诊治提供实验和理论基础。3．揭示纳米探针对血液细胞的生物学作用，建立和完善血液细胞实时动态监测的技术平台；构建血液恶性肿瘤快速和分型诊断的微芯片纳米技术平台。4．建立纳米探针与显微医学影像创新科技平台

3、；研制出纳米材料标准样品和具有自主知识产权的高性能纳米探针，建立高特异、高灵敏、高分辨、动态实时的血液恶性肿瘤分子影像学诊断与疗效评价新方法。5．阐明纳米粒子对血液中免疫功能细胞的作用机理、调控免疫效应的信号传导通路和机制；6．确立1～3种提升抗白血病免疫反应的纳米材料，建立相关应用技术流程和方法，建立针对T淋巴细胞性白血病的纳米免疫治疗方法。通过上述目标的实现，促进我国纳米生物医学与生物医学工程等学科的发展，在交叉学科的前沿基础研究方面做出独创性成果。发表135篇左右具有高影响力的研究论文，申请20个左右相关发明专利，为我国的纳米生物医学领域培养一批科研人才，

4、培养研究生80～100名，博士后8～12名。进一步发展和壮大科研团队，培养和稳定一支创新、合作、结构合理、特色鲜明的高层次研究队伍。三、研究方案一、在纳米材料与白细胞的作用及其在白血病发病机制和病理学的研究方面，重点围绕中枢神经系统白血病形成机理和急性髓系白血病相关基因的筛选和致病机理来进行。具体路线如下：1.优化针对血液细胞的基于纳米材料/技术的基因递送方法1.1选择不同的纳米材料（如无机碳酸磷灰石纳米颗粒、磁性纳米颗粒，或进行一定的表面修饰）搭载报告基因（比如GFP）转染不同的细胞以确定适合各种细胞的纳米材料；改变转染中的各种条件（包括含有GFP的DNA片段

5、的长度，纳米材料与DNA片段的比例等）以优化转染方法；使用流式细胞仪检测GFP+的细胞以确定转染的效率，以及基因表达的时间和强度等。1.2选购或构建shRNA及cDNA文库和合适的纳米材料，建立使用纳米材料递送基因文库的实验基础。2.应用纳米材料/技术进行白血病相关基因的功能鉴定及机制研究2.1进行白血病相关基因的功能鉴定及机制研究针对G蛋白耦联受体（GPCR）家族成员、Bcl11a、融合基因FUS-ERG和慢性粒细胞白血病与正常造血干/祖细胞间存在的表达差异基因（由转录组数据提示），选择适当的体外细胞模型使用已优化的基因递送方式转染细胞后，进行细胞增殖、细胞周

6、期/凋亡和集落生成等多种检测以鉴定其功能。并选择其中的一些基因研究它们对某些白血病细胞在小鼠中致白血病或皮下成瘤能力的影响，必要时建立适当的转基因动物模型进行研究。针对Bcl11a、FUS-ERG和本研究中新鉴定到的功能基因还将进行基因稳定表达、基因沉默和基因组学（microarray、array-CGH和ChIP-on-chip等）等多种机制学研究，以鉴定它们发挥作用的细胞内信号网络，并探讨它们作为新的治疗靶点的可行性。针对Bcl11a和本研究中新鉴定到的功能基因也将进行临床研究，以探讨它们作为人类白血病预后指标的临床价值。2.2鉴定调控正常和白血病干细胞功能

7、的基因：用流式细胞术分离表型为Lin-/Sca-1+/C-kit+的正常造血干细胞，或CD34+/CD38-或CD96+的急性髓系白血病干细胞，采用上述1中优化的纳米材料搭载shRNA寡核苷酸文库递送入分离的干细胞，经体外培养或移植到受体鼠内，鉴定不依赖细胞因子且快速生长的干细胞克隆、或抗凋亡的干细胞克隆。对于这些克隆中受到表达抑制的基因，使用不同于文库中的shRNA进行验证（包括制备相应的转基因小鼠）。2.3应用纳米材料鉴定白血病细胞中特异表达的E3泛素连接酶利用已优化的纳米材料载体搭载泛素连接酶E3文库，并递送到可稳定表达转录因子c-maf和检测c-maf转

8、录活性的荧光素酶报告基因