相关激酶类的活性状态，探索新型功能性生物纳米材料籍由与整合素的作用，逆转肿瘤恶性表型的细胞行为改变、信号传导途径变化的过程，进而在体内整体水平验证相应的结果并揭示其分子机制。
③ 研究功能性纳米材料与细胞外基质相互作用、调控生长因子的表达与分泌的分子机制。探讨结合有重组生长激素抑制剂等重组蛋白药物的功能性纳米材料通过靶向肿瘤微环境中的自分泌/旁分泌生长激素等生长因子，抑制肿瘤细胞的恶性增殖、转移及新生血管生成的功能与机制。在此基础上进一步揭示源于肿瘤微环境的生长因子在肿瘤侵袭中与细胞外基质分子和其它促癌生长因子、促血管生成因子的协同作用与交叉调控机制。同时利用生长激素等的转基因小鼠模型，研究功能性纳米材料的肿瘤抑制效果与分子机制。
（3）功能纳米材料与肿瘤间质细胞的相互作用——降低肿瘤细胞恶性程度研究
① 针对肿瘤间质细胞（包括新生血管内皮细胞和肿瘤相关成纤维细胞）的生物特性，结合纳米技术，建立可实现乳腺癌或胰腺癌早期检测及肿瘤微环境可视化的原创技术：利用纳米颗粒具有磁性和过氧化氢模拟酶的特性，建立免疫磁珠检测肿瘤新方法，用于血液恶性肿瘤标志物的捕获、分离和定量检测；在纳米材料表面修饰葡聚糖、聚乙二醇等生物相容性分子后，偶联抗肿瘤血管单克隆抗体，靶向肿瘤局部，作为核磁共振造影剂；利用纳米药物的EPR效应，实现纳米药物对肿瘤微环境的高渗透，提高局部的药物浓度，以期达到调控肿瘤微环境的最佳效果。
② 以特异表达在新生血管内皮细胞的血管内皮细胞粘附分子为靶标，构建以功能性纳米材料为基础的靶向性药物，探索其抑制乳腺癌和胰腺癌生长转移的分子机理；在此基础上进一步揭示在肿瘤血管生成中与其它促血管生成因子的交叉调控机制。同时利用基因特异性敲除的荷瘤动物模型，研究以功能性纳米材料为基础的靶向性药物与乳腺癌组织内新生血管内皮细胞的相互作用过程。
③ 组织的纤维化为肿瘤细胞的生成和发展提供了有利的微环境，可促进正常细胞向肿瘤细胞转化及增值，并促进肿瘤转移灶的形成。以肿瘤间质成纤维细胞的特异标志物为靶标，利用课题一构建的功能性纳米材料，实现对该类细胞的特异性结合与功能调控；研究新型纳米材料对成纤维细胞合成、分泌细胞外基质（ECM）、炎症因子、金属基质蛋白酶（MMPs）等的影响，阐明新型纳米材料通
过调控成纤维细胞而改变肿瘤微环境、影响肿瘤细胞增殖及迁移、侵袭的作用途径与分子机理。TGF-alpha/Smad3信号通路在这一过程中起到关键作用，以其为靶标构建以功能性纳米材料为基础的靶向性药物，观察药物对乳腺癌或胰腺癌生长和转移的抑制效果，并进一步探索药物对肿瘤包膜成纤维细胞的作用机理。 （4）功能纳米材料的药效学、代谢行为及安全性研究
① 针对课题一、二、三筛选出的2-3种具较好应用前景的纳米材料，选取乳腺癌或胰腺癌的体内（肿瘤移植模型、原发性肿瘤模型、肿瘤转移模型、肿瘤耐药模型等）及体外（常规二维及三维细胞培养）模型，进行短、长期体内、外药效学研究。考察药理作用（对肿瘤转移的抑制、肿瘤细胞的死亡或凋亡、肿瘤恶性表型的逆转等）的强弱和范围(量-效关系、时-效关系)，明确纳米材料的有效性和优效性。
② 针对课题一、二、三筛选出的纳米材料，通过课题一中荧光标记、放射性同位素标记等示踪手段，及纳米材料本身可能具有的光磁学性质，对纳米材料在体内、肿瘤微环境内、靶细胞内的代谢和分布规律进行研究。同步可视化定性、定量，“时-空耦合”观察纳米药物在肿瘤微环境内的分布和消除过程；研究纳米药物在体内的靶向性、组织器官分布、蓄积、及排泄途径，在体内跨越生物屏障（血脑屏障、胎盘屏障、细胞膜）的能力和机制，在细胞水平上的内吞、内膜转运及外排过程；细胞内的靶细胞器及释药过程；考察纳米材料作为化疗辅助药物对原化疗药物代谢行为的影响，以及协同增效后的生物安全性问题。
③ 阐明纳米材料的“性能-代谢行为”规律，研究各种理化性质（化学组成、形貌、尺寸、以及表面改性等）和功能化修饰对纳米材料在体内、肿瘤微环境内及靶细胞内的代谢动力学、靶向性、环境响应性及药效的影响。从动物整体水平、细胞水平、分子水平等不同层次上，研究纳米材料在肿瘤微环境中的药物释放动力学；研究在药物释放过程中纳米材料的自身行为（生物转化、降解、团聚、溶解、与生物大分子间相互作用）和微环境响应性规律；不同纳米特性对纳米材料跨越体内生物屏障（血脑屏障、胎盘屏障、细胞膜）的影响；纳米特性对细胞内膜囊泡输运和细胞器靶向的影响（不同纳米特性引起细胞识别、摄取、内膜转运、靶细胞器定位和外排的特点），归纳不同理化特性的纳米材料与靶细胞和靶分子（细胞外基质成分、靶蛋白、靶基因）的作用特点及规律。
④ 以乳腺癌和胰腺癌细胞系建立荷瘤小鼠模型，结合核磁共振与色谱-质谱分析技术，建立适用于研究纳米材料生物效应的体液、细胞和组织原位定量代谢组分析方法。利用该方法，研究作用于肿瘤微环境的纳米材料对肿瘤细胞、肿瘤组织及动物整体代谢等多个层次的影响，从而在分子水平阐明与纳米材料生物学效应相关的代谢途径网络和调控机制。 3. 技术途径
本项目将采用多学科交叉、渗透和有机结合的模式，以调控肿瘤微环境的生物特性、改善乳腺癌或胰腺癌的治疗效果为目标，设计、构建可调控的功能性纳米材料，利用先进的纳米表征技术和体内外检测手段，系统地研究该材料的组成成分、组装机制、结构特性、理化特性、体内外的作用机理和生物效应，为利用纳米技术进一步提高乳腺癌或胰腺癌的临床治疗提供研究方法和理论依据，具体技术途径见图2。
图2 功能性纳米材料改善肿瘤微环境治疗效果的技术途径 4、可行性分析
① 目标明确、内容具体 采用自主创新的功能性纳米材料，设计、构建具有自主知识产权、高效、低毒的抗肿瘤功能纳米材料，发展新型抗肿瘤前体药物，通过在分子、细胞、组织和整体动物水平上进行纳米药物系统调控肿瘤微环境生物特性的作用机理和生物安全性研究，实现改善乳腺癌或胰腺癌治疗效果这一目标。项目的主要研究内容是在总结前期研究的基础上，结合学科的最新发展和国家需求，对已有工作的提炼、深化、延伸和发展，内容具体翔实，不仅结合了项目组成员前期的研究积累，也包含项目组成员的原创性研究思想。
② 基础扎实、硬件一流 项目组成员已在纳米材料的设计、多功能纳米材料的构建及生物安全性研究、肿瘤微环境生物特性的研究等方面有丰富的积累，在国内外一流的学术期刊上发表了多篇与本项目研究工作密切相关的论文，并有多个纳米药物研发相关的专利，取得了一批重要的前期成果，在国内外产生了一定的影响。这些前期研究成果为本项目的实施奠定了良好的基础，为本项目的顺利完成提供了宝贵的经验积累，蕴含着取得重要突破的良机。项目承担单位拥有多个国家实验室、国家重点实验室或部门重点实验室的一流硬件设施与研究技术平台，包括用于纳米材料合成与表征及纳米新剂型构建与表征的各类先进仪器，及开展调控肿瘤微环境生物特性的机理与生物安全性研究等的各类设施，为本项目的顺利完成提供了强有力的硬件保障。
③ 优势团队、一流人才 本项目集中了一批纳米科学、生物材料学、化学、肿瘤学、临床医学、药理学、毒理学和分子生物学等研究领域中学术水平高、富有进取精神和创新意识的优秀研究人员，他们来自我国六个重要的相关研究机构和重点实验室。长期以来，这些单位的研究人员在共同承担国家重大科研项目的过程中团结协作、优势互补，课题组之间已经形成了紧密的合作关系，组成了有机的整体；在纳米材料合成、纳米药物新剂型设计、肿瘤治疗与生物安全性研究、肿瘤微环境生物特性的研究方面积累了丰富经验。该研究队伍作为我国纳米生物医学创新研究的优秀研究群体，为本项目的实施和完成奠定了良好基础。
5、项目的创新性
本项目在学术思路、抗肿瘤策略和设计和合成全新功能纳米材料等方面都具有明显的创新性。
①新的学术思路：首次提出设计功能性纳米材料，通过调控肿瘤微环境，进而实现对恶性肿瘤的有效治疗。抓住肿瘤微环境这个为肿瘤的增殖、侵袭、迁移、黏附及新生血管的形成提供“土壤”、造成肿瘤难以治愈和复发的关键问题，采用功能化的纳米材料，从分子、细胞、组织和整体动物水平上系统揭示其通过调控肿瘤微环境抗肿瘤的机理，并探索对其生物安全性的评价方法，力争在改善肿瘤治疗的效果方面取得突破。
②新的抑瘤策略：首次把“肿瘤外基质”与“间质细胞”作为纳米材料的明确靶点。进行目标导向的功能性纳米材料设计，集成化学改性和表面修饰等技术，合成一系列生物相容的、安全的纳米新材料。这些纳米材料都将针对上述具体目标，由本团队成员首先合成并开展相关研究。
③新的功能性纳米材料设计和合成：基于纳米材料调控肿瘤微环境的机理研究，采用本项目组成员合成的纳米新材料，设计、构建一系列具有特殊功能的纳米材料，能够共输送靶向肿瘤微环境成分的药物，例如siRNA和肿瘤新生血管的单克隆抗体等，同时又对肿瘤微环境具环境响应性。该类功能性纳米材料的设计和制备在国际上尚未见报道。
④新的纳米技术：针对调控肿瘤微环境生物特性的需要，发展一系列新技术，如针对肿瘤微环境中特殊生长因子的特点，发展主动靶向并抑制其生长、预防肿瘤转移的技术；利用纳米材料响应调控肿瘤外基质中胶原纤维的聚集形态，来调控肿瘤恶性迁移和侵袭的新技术；针对促进正常细胞向肿瘤细胞转化及增值的纤维化，开发纳米材料载带特异性药物，从而预防和治疗乳腺纤维化的新技术；建立基于生物纳米材料为基础的三维立体培养的抗肿瘤生物纳米材料的研究体系；建立以荧光标记的三维立体培养为基础的高效低毒抗肿瘤纳米材料的快速筛选平台与疗效间接体内验证体系等。
6. 课题设置 各课题间相互关系
根据项目的总体目标、拟解决的关键科学问题，以采用纳米技术针对肿瘤微环境的间质细胞和细胞外间质为肿瘤治疗的核心，精心选择突破点，设置如下四个课题：
课题一 肿瘤微环境响应型功能纳米材料的设计、合成及表征