量子點探針：特性、結(jié)構(gòu)功能及其在腫瘤血管生成中的應用
小 M 為大家總結(jié)了目前癌癥的探測工具，我們先一起簡單了解下吧~
1. 用于確定癌癥分期及其精確位置的一些成像輔助手段：磁共振成像 (Magnetic resonance imaging, MRI)、正電子發(fā)射斷層掃描 (Positron emission tomography, PET)、單光子發(fā)射計算機斷層掃描 (Single photon emission computed tomography, SPECT)、計算機斷層掃描 (Computed tomography, CT) 和光學成像等。
2. 光學成像：用于癌細胞在分子水平的可視化。
用于光學成像的熒光探針可以被設計成可激活的，這意味著它們只會在某些條件下“打開”。這種探針被設計成只有在與目標組織結(jié)合后才會發(fā)出信號，這大大提高了檢測疾病的靈敏度和特異性。
3. 傳統(tǒng)的成像方法
如血管造影、CT、MRI 和放射性核素成像，依賴于造影劑，如碘、釓和放射性同位素。
此外，2023 年化學家 Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus 和物理學家 Alexei I. Ekimov 因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點”榮獲諾貝爾化學獎。這使得熒光量子點進入了更多人的視野中。
圖 1. 2023 年榮獲諾貝爾化學獎的科學家。
量子點 (Quantum dots,QDs)，一種發(fā)光納米晶體 (Nanocrystals, NCs)，可為治療藥物、蛋白質(zhì)、肽、寡核苷酸和基因的受控遞送后的生物系統(tǒng)成像提供多功能平臺。這些具有綜合成像和載體功能的工程熒光探針已成為分子診斷和治療分子遞送的“好幫手”！
Tips：關于量子點，你需要了解哪些？
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1）量子點是近乎球形的 NC，實際上是由半導體材料組成的。這些半導體是由 Ⅱ～Ⅵ 族或 Ⅲ～V 族元素組成的發(fā)光納米晶體，一般為球形或類球形，穩(wěn)定直徑在 2~10 nm，能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光的一類半導體納米顆粒。
2）在元素周期表中的所有基團中，最有趣的是 II-VI，因為它們具有獨特的光學和電子性質(zhì)。包括硒化鎘 (CdSe)、硫化鎘 (CdS)、碲化鎘 (CdTe)、氧化鋅 (ZnO)、硫化鋅 (ZnS)、硒化鋅 (ZnSe) 和碲化鋅 (ZnTe) 等材料。其中研究較多的主要是 CdX (x=S、Se、Te)。3）量子點具有寬連續(xù)吸收光譜、窄發(fā)射光譜、高光穩(wěn)定性等獨特的發(fā)光特性和電子特性。其發(fā)射波長可以通過改變它們的大小和組成來調(diào)節(jié) (量子點尺寸的減小導致能隙的增大，導致發(fā)射波長的藍移)，這也代表單個光源同時激發(fā)所有顏色的量子點[1]。因此量子點的應用十分廣泛。
▐ 近紅外熒光特性
生物化合物和組織 (如血液、脂肪和皮膚) 都能特定地吸收和散射不同程度的任何入射光。因此動物體內(nèi)的自發(fā)熒光本身會干擾標記目標熒光效果，II-VI 族和 IV-VI 族量子點具有近紅外熒光性質(zhì)，近紅外 Ⅱ 區(qū)熒光 (波長 1000~1700 nm) 存在著更高的空間分辨率、更深的穿透生物基質(zhì)的深度、較低的光學吸收和散射，可以很好的避免機體自發(fā)熒光干擾[2]。
圖 3. 代表性的量子點核心材料的發(fā)射波長信號[2]。▐ 熒光穩(wěn)定性高
量子點由于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)具體極高的穩(wěn)定性，6PEG-Ag2S QD 在磷酸鹽緩沖鹽水 (PBS) 中可溶且物理穩(wěn)定 10 個月以上 (圖 4A)。808 nm 激發(fā)時，在 1.0-1.4 μm NIR-II 區(qū)域保持高熒光 (圖 4B)。6PEG-Ag2S QD 溶液的紫外/可見/近紅外吸收光譜顯示，在較短波長處的吸收增加 (圖 4C)。6PEG-Ag2S QD 溶液的光致發(fā)光與激發(fā) (PLE) 光譜顯示，Ag2S QD 的發(fā)射集中在 1200 nm 處 (圖 4D)，與激發(fā)無關。測定 6PEG-Ag2S QD 量子點的熒光量子產(chǎn)率約為 15.5%[3]。
圖 4. 具有支化 PEG 涂層的 NIR-II Ag2S 量子點[3]。
此外，采用 808 nm 激光二極管連續(xù)照射 6PEG-Ag2S QD 溶液，測試其光穩(wěn)定性。NIR-II 的光致發(fā)光 (PL) 強度在前 200 s 有所下降，但在連續(xù)照射 0.5 h 后穩(wěn)定并保持在初始 PL 強度的 50% 以上。熒光信號值可保留 3 年以上。
一般來講，癌癥治療效果和診斷成像功能都可以通過一個具有高度多功能性的單載納米結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來實現(xiàn)。納米載體必須經(jīng)過適當?shù)脑O計，使其能夠方便地裝載以進行藥物控制釋放，表現(xiàn)出更好的血液循環(huán)和更高的生物利用度，并繞過多藥耐藥機制。圖 5 表示治療性載體的標準結(jié)構(gòu)及其靶向配體細胞穿透配體納米粒子 (成像/檢測) 治療組件聚合物。
圖 5. 經(jīng)典量子點作為治療載體的模型[1]。
具有不同幾何形狀表示的所有可能的附著物，即綠色熒光球作為檢測組件 (納米顆粒 [NPs] 的無侵入性成像)，靶向配體如抗體，肽，轉(zhuǎn)移蛋白，葉酸 (梯形頭基團)，治療組件如核酸，藥物，熱藥，光敏劑 (星形頭基團)，細胞穿透配體，如極性和非極性氨基酸，適體 (箭頭基團)，以及主要由聚乙二醇，蛋白質(zhì)和葡聚糖包裹的聚合物。
注意：相同的幾何形狀代表相同類別的成分，作為多個靶向配體或穿透配體，可以在納米顆粒表面功能化，用于多路應用。不同的顏色被用來區(qū)分。▐ 量子點探針在腫瘤血管生成中的應用
腫瘤血管生成是腫瘤的標志，在不同類型的實體瘤中普遍存在，如果沒有血管生成提供腫瘤生長所需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)，腫瘤只能生長到 2-3 mm 的直徑，因此，抑制腫瘤血管生成是腫瘤治療的一種有效策略。
Chenghua Song 等人提出了一種新型納米藥物 (T&D@RGD-AgS)，將廣譜內(nèi)皮抑制劑 TNP-470 和化療藥物 Doxorubicin(DOX) 封裝到磷脂聚乙二醇(PEG)-Ag2S 量子點中，并通過簡單的自組裝過程與靶向腫瘤血管的特異性識別肽環(huán) (Arg-Gly-Asp-d-Phe-Cys) (cRGD) 結(jié)合，協(xié)同腫瘤治療。通過熒光信號值判斷 T&D@RGD-Ag2S 靶向腫瘤血管的能力[4]。
圖 6. T&D@RGD-Ag2S 的腫瘤脈管系統(tǒng)靶向測定[4]。
如圖所示，T&D@RGD-Ag2S 經(jīng)靜脈注射后進入循環(huán)，在 U87-MG 載瘤裸鼠的腫瘤周圍，10 分鐘內(nèi)觀察到 T&D@RGD-Ag2S 強烈的熒光信號 (圖 6A)。同時，觀察到腫瘤區(qū)域 T&D@RGD-Ag2S 積累的穩(wěn)定增加 (圖 6B-C)。各種組織和器官的離體圖像進一步證實了與非靶向組相比，靶向組腫瘤中納米顆粒的積累更高 (圖 6D)，這表明 cRGD 在納米系統(tǒng)靶向遞送中的重要作用。
此外，利用 Ag2S 量子點近紅外 II (NIR-II) 熒光成像原位監(jiān)測 T&D@ RGD-Ag2S 抑制腫瘤生長和降低血管密度的治療效果。這種腫瘤血管靶向策略可以擴展為治療廣泛腫瘤的一般方法，并有望在未來的臨床應用中得到應用。MCE 相關產(chǎn)品
[1] Tripathi SK, et al. Quantum Dots and their Potential Role in Cancer Theranostics. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst. 2015;32(6):461-502.
[2] Medintz IL, et al. Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing. Nat Mater. 2005 Jun;4(6):435-46.
[3] Hong G, et al. In vivo fluorescence imaging with Ag2S quantum dots in the second near-infrared region. Angew Chem Int Ed Engl. 2012 Sep 24;51(39):9818-21.
[4] Chenghua Song, et al. Enhanced Nanodrug Delivery to Solid Tumors Based on a Tumor Vasculature-Targeted Strategy. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 4192–4200.
