量子點(diǎn)探針：特性、結(jié)構(gòu)功能及其在腫瘤血管生成中的應(yīng)用
小 M 為大家總結(jié)了目前癌癥的探測(cè)工具，我們先一起簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)斷層掃描 (Single photon emission computed tomography, SPECT)、計(jì)算機(jī)斷層掃描 (Computed tomography, CT) 和光學(xué)成像等。
2. 光學(xué)成像：用于癌細(xì)胞在分子水平的可視化。
用于光學(xué)成像的熒光探針可以被設(shè)計(jì)成可激活的，這意味著它們只會(huì)在某些條件下“打開(kāi)”。這種探針被設(shè)計(jì)成只有在與目標(biāo)組織結(jié)合后才會(huì)發(fā)出信號(hào)，這大大提高了檢測(cè)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(xué)家 Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus 和物理學(xué)家 Alexei I. Ekimov 因“發(fā)現(xiàn)和合成量子點(diǎn)”榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這使得熒光量子點(diǎn)進(jìn)入了更多人的視野中。
圖 1. 2023 年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。
量子點(diǎn) (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(tái)。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(guān)于量子點(diǎn)，你需要了解哪些？
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1）量子點(diǎn)是近乎球形的 NC，實(shí)際上是由半導(dǎo)體材料組成的。這些半導(dǎo)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(lèi)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(lèi)半導(dǎo)體納米顆粒。
2）在元素周期表中的所有基團(tuán)中，最有趣的是 II-VI，因?yàn)樗鼈兙哂歇?dú)特的光學(xué)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(diǎn)具有寬連續(xù)吸收光譜、窄發(fā)射光譜、高光穩(wěn)定性等獨(dú)特的發(fā)光特性和電子特性。其發(fā)射波長(zhǎng)可以通過(guò)改變它們的大小和組成來(lái)調(diào)節(jié) (量子點(diǎn)尺寸的減小導(dǎo)致能隙的增大，導(dǎo)致發(fā)射波長(zhǎng)的藍(lán)移)，這也代表單個(gè)光源同時(shí)激發(fā)所有顏色的量子點(diǎn)[1]。因此量子點(diǎn)的應(yīng)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(dòng)物體內(nèi)的自發(fā)熒光本身會(huì)干擾標(biāo)記目標(biāo)熒光效果，II-VI 族和 IV-VI 族量子點(diǎn)具有近紅外熒光性質(zhì)，近紅外 Ⅱ 區(qū)熒光 (波長(zhǎng) 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(xué)吸收和散射，可以很好的避免機(jī)體自發(fā)熒光干擾[2]。
圖 3. 代表性的量子點(diǎn)核心材料的發(fā)射波長(zhǎng)信號(hào)[2]。▐ 熒光穩(wěn)定性高
量子點(diǎn)由于其獨(dú)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(gè)月以上 (圖 4A)。808 nm 激發(fā)時(shí)，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(jiàn)/近紅外吸收光譜顯示，在較短波長(zhǎng)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(wú)關(guān)。測(cè)定 6PEG-Ag2S QD 量子點(diǎn)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(diǎn)[3]。
此外，采用 808 nm 激光二極管連續(xù)照射 6PEG-Ag2S QD 溶液，測(cè)試其光穩(wěn)定性。NIR-II 的光致發(fā)光 (PL) 強(qiáng)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(qiáng)度的 50% 以上。熒光信號(hào)值可保留 3 年以上。
一般來(lái)講，癌癥治療效果和診斷成像功能都可以通過(guò)一個(gè)具有高度多功能性的單載納米結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。納米載體必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使其能夠方便地裝載以進(jìn)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(guò)多藥耐藥機(jī)制。圖 5 表示治療性載體的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及其靶向配體細(xì)胞穿透配體納米粒子 (成像/檢測(cè)) 治療組件聚合物。
圖 5. 經(jīng)典量子點(diǎn)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(cè)組件 (納米顆粒 [NPs] 的無(wú)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(tuán))，治療組件如核酸，藥物，熱藥，光敏劑 (星形頭基團(tuán))，細(xì)胞穿透配體，如極性和非極性氨基酸，適體 (箭頭基團(tuán))，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(lèi)別的成分，作為多個(gè)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(yīng)用。不同的顏色被用來(lái)區(qū)分。▐ 量子點(diǎn)探針在腫瘤血管生成中的應(yīng)用
腫瘤血管生成是腫瘤的標(biāo)志，在不同類(lèi)型的實(shí)體瘤中普遍存在，如果沒(méi)有血管生成提供腫瘤生長(zhǎng)所需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，腫瘤只能生長(zhǎng)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(diǎn)中，并通過(guò)簡(jiǎn)單的自組裝過(guò)程與靶向腫瘤血管的特異性識(shí)別肽環(huán) (Arg-Gly-Asp-d-Phe-Cys) (cRGD) 結(jié)合，協(xié)同腫瘤治療。通過(guò)熒光信號(hào)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(cè)定[4]。
如圖所示，T&D@RGD-Ag2S 經(jīng)靜脈注射后進(jìn)入循環(huán)，在 U87-MG 載瘤裸鼠的腫瘤周?chē)?0 分鐘內(nèi)觀察到 T&D@RGD-Ag2S 強(qiáng)烈的熒光信號(hào) (圖 6A)。同時(shí)，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(jìn)一步證實(shí)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(diǎn)近紅外 II (NIR-II) 熒光成像原位監(jiān)測(cè) T&D@ RGD-Ag2S 抑制腫瘤生長(zhǎng)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(kuò)展為治療廣泛腫瘤的一般方法，并有望在未來(lái)的臨床應(yīng)用中得到應(yīng)用。MCE 相關(guān)產(chǎn)品
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