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癌症的早期诊断是预防和治疗癌症的关键，为了早发现早治疗，临床上使用生物标志物来细化肿瘤分子分型从而对患者进行诊治和预后分析，进而更好地指导个体化治疗。人表皮生长因子受体(HER)家族与癌症的发生和发展密切相关。其中，HER2是备受瞩目的分子靶标。HER2状态直接影响乳腺癌风险级别，其表达水平与肿瘤的侵袭转移，复发和预后密切相关。HER2在约20％-30％的初期乳腺癌和转移性乳腺癌中均过表达，HER2过表达的肿瘤恶性程度高、术后易复发转移、预后差和易对化疗药物产生耐药性。此外，HER2还是辅助化疗和内分泌治疗的一个预测指标。因此，HER2作为乳腺癌独立的诊断和预后生物标志物已经得到国际公认。尽管HER2的抗体药物在乳腺癌的靶向治疗中应用广泛，但仍存在一定的局限性:如抗体体积大、化学修饰难度大且成本高;抗体药物的获得性耐药性;抗体翻译后修饰如糖基化可引发严重的过敏反应;在体内的半衰期长不适合作为靶向分子探针等限制了其在临床中的应用。 多肽类药物及诊断探针具有分子量小、特异性高、免疫原性低、穿透力强、易于合成和修饰等优点，在肿瘤靶向给药、早期诊断等方面显示出很强的优越性。由于多肽数量庞大、结构多样，可以通过高通量筛选得到肿瘤标记物受体的特异性多肽配体。因此，针对HER2发展高灵敏、特异性强的新型多肽探针，通过功能化修饰与组装形成纳米材料，实现靶向高灵敏肿瘤成像，肿瘤治疗药物的定向输运及可控释放并结合联合疗法来特异杀死肿瘤细胞。对乳腺癌的诊疗一体化研究具有重要意义。本文主要研究内容及结果如下: 首先利用集成化微阵列芯片系统，针对HER2，从106“一珠一物”多肽文库中筛选得到特异性亲和短肽探针H6与H10，并在分子和细胞水平上分别验证了两条多肽的亲和力和特异性。构建的靶向纳米探针在荷瘤小鼠中显示了良好的肿瘤特异性和生物相容性。此外，对亲和力更高的H6多肽进行放射性同位素修饰，实现SPECT核素活体显像，进一步证明了其良好的靶向特异性。从而说明了此多肽探针在HER2阳性乳腺癌早期诊断中具备潜在的应用价值。也为进一步的实现乳腺癌早期诊断成像、治疗及临床转化奠定了一定基础。我们开发的微阵列芯片体系，可以适用于任何一种膜蛋白受体的生物标记物的多肽配体筛选，为多种肿瘤标志物特异探针的筛选提供良好的借鉴。 其次，针对HER1(EGFR)和HER2两种结构、功能相近的受体蛋白，通过双色荧光编码直读微阵列芯片，筛选得到分别特异的结合HER1和HER2的两种配体H1P和H2P。分别在分子和细胞水平验证了它们的特异性和亲和力，同时借助分子动力学模拟进一步证实了其与受体蛋白的结合位点。我们的工作提供了一种新颖和直观的多肽探针筛选方法，并显著提高了靶向多肽的筛选效率和筛选准确性。 最后，基于筛选得到的亲和多肽，我们设计了一种酶响应双靶向多功能纳米胶束。通过修饰高亲和力的肿瘤靶向多肽，包载抗肿瘤药物和造影剂构建两亲性分子组装成纳米胶束。实现MRI/NIRF双模成像，并在KLA多肽和阿霉素的双重作用下实现主动靶向和亚细胞器特异性双靶向治疗。在细胞和动物模型上均展示出良好的药物控释效果，进而减少化疗药物的毒副作用，增加其对肿瘤的杀伤效果。本研究开发的新型纳米胶束为HER家族异质性肿瘤诊疗一体化的研究提供了新的思路。 综上所述，本文利用高通量微阵列芯片成功进行了HER2靶向多肽的高效、高通量筛选和鉴定，优化多肽分子探针并在小鼠肿瘤模型上实现了特异性成像。制备了基于多肽的多功能纳米胶束实现了肿瘤靶向及肿瘤部位药物控制释放和精准的成像。同时很大程度的减少了化疗药物用量，进而降低了药物毒副作用，最终实现基于多功能纳米药物载体的高效、低毒的肿瘤治疗方案。我们期望进一步优化并发展多价纳米探针，将针对不同靶标位点的多肽通过修饰实现可功能化组装的纳米材料，最终开发出一类能够高效地特异性靶向HER家族肿瘤的诊断试剂和治疗药物。