癌癥的早期篩查是必要的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)腫瘤只有當(dāng)它們含有數(shù)百萬可能已經(jīng)轉(zhuǎn)移的細(xì)胞、達(dá)到一定的大小時(shí)才能被檢測到。目前采用的診斷技術(shù)，如醫(yī)學(xué)成像、組織活檢和酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）對體液的生物分析所具有的敏感性和特異性不足以檢測大多數(shù)類型的早期癌癥。此外，這些分析是勞動密集型、耗時(shí)、昂貴的，且沒有能夠反復(fù)利用結(jié)果的能力。另一方面，基于量子點(diǎn)的檢測是快速、簡單和經(jīng)濟(jì)的，可以實(shí)現(xiàn)癌癥標(biāo)志物的快速護(hù)理點(diǎn)篩查。量子點(diǎn)具有獨(dú)特的特性，使其成為檢測腫瘤的理想選擇，包括長時(shí)間的強(qiáng)而穩(wěn)定的熒光、耐光漂白性[1-5]、大的摩爾消光系數(shù)、高靈敏度的檢測，因?yàn)樗鼈兙邆湓谖蘸桶l(fā)射光上均非常高效的能力。由于量子點(diǎn)具有較大的表面積體積比，單個(gè)量子點(diǎn)可以與多種分子結(jié)合，因此量子點(diǎn)在設(shè)計(jì)更復(fù)雜的多功能納米結(jié)構(gòu)方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。各種類型的生物標(biāo)記物，如蛋白質(zhì)，特定的DNA或mRNA序列和循環(huán)腫瘤細(xì)胞，已經(jīng)可以從血清樣本中確定用于癌癥診斷。因此，基于量子點(diǎn)（QD）的多路復(fù)用方法[1]可以同時(shí)識別多個(gè)生物標(biāo)志物，從而可以實(shí)現(xiàn)更有效的癌癥診斷。量子點(diǎn)已被共價(jià)連接到各種生物分子，如抗體、多肽、核酸和其他配體，用于熒光探測[6-19]。其在生物學(xué)中的一些應(yīng)用[20-32]以及它們在體內(nèi)分子成像方面的巨大潛力[33-37]正在一一被揭開。
無機(jī)量子點(diǎn)相對于有機(jī)熒光團(tuán)的優(yōu)勢
與生物實(shí)驗(yàn)中用于熒光標(biāo)記的傳統(tǒng)有機(jī)熒光團(tuán)相比，無機(jī)量子點(diǎn)由于其對光漂白的高抗性，使生物材料的可視化時(shí)間更長，應(yīng)用范圍更廣。由于熒光團(tuán)對周圍環(huán)境非常敏感，可以進(jìn)行光漂白，這是一種不可逆的光氧化過程，使它們成為非熒光體，是所有需要長時(shí)間觀察熒光團(tuán)標(biāo)記結(jié)構(gòu)的研究的主要限制。熒光團(tuán)只能在很窄的波長范圍內(nèi)被光學(xué)激發(fā)，熒光發(fā)射也被限制在一定的波長范圍內(nèi)。而量子點(diǎn)可以用波長比熒光波長短的單一光源激發(fā)。量子點(diǎn)的熒光光譜較窄、對稱，在熒光團(tuán)中沒有紅尾，各種顏色都可以被觀察和區(qū)分，沒有任何光譜重疊。因此，用不同顏色的量子點(diǎn)對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行多色標(biāo)記成為可能。這種多路復(fù)用的方法[3, 38-40]在疾病診斷和藥物輸送等場景中具有廣闊的應(yīng)用前景。
量子點(diǎn)是一個(gè)跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，經(jīng)過化學(xué)、物理、生物和醫(yī)學(xué)等不同學(xué)科的人員共同努力，有利于發(fā)現(xiàn)它的最大價(jià)值，將它們用于癌癥的檢測和治療就是一種極為重要的應(yīng)用。
量子點(diǎn)技術(shù)
量子點(diǎn)是一種具有獨(dú)特發(fā)光特性的無機(jī)半導(dǎo)體納米晶體，其典型直徑在2-8nm之間。它們通常由元素周期表中的II和VI族元素（例如CdSe和CdTe）或III和V族元素（例如InP和InAs）的原子組成。它們的物理尺寸小于導(dǎo)致量子限制效應(yīng)的波爾半徑[1]激子，這就是它們具有獨(dú)特的光學(xué)和電子特性的原因。
量子點(diǎn)的合成
高質(zhì)量的量子點(diǎn)已經(jīng)可以通過各種方法合成[41-43]，但通常它們的合成是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，如甲苯或氯仿，并且會添加表面活性劑，反應(yīng)溫度較高。但表面活性劑包覆的顆粒不溶于水，其極性表面活性劑頭基會附著在量子點(diǎn)（QD）的無機(jī)核心上，疏水鏈則會凸出到有機(jī)溶劑中，而一般來說，所有細(xì)胞實(shí)驗(yàn)都涉及水溶性物質(zhì)。因此，為了使表面活性劑具有水溶性，人們制定了各種策略，要么替換表面活性劑層，要么涂上額外的保護(hù)層，如親水或兩親聚合物[44-45]。表面活性劑的疏水涂層被配體分子所取代，配體分子一端攜帶官能團(tuán)與量子點(diǎn)表面結(jié)合，另一端攜帶親水性基團(tuán)使量子點(diǎn)可溶于水。也有報(bào)道使用兩親性聚合物作為QD表面的附加涂層[38, 46-48]。聚合物的疏水尾部與QD表面的疏水表面活性劑層發(fā)生反應(yīng)，而聚合物的親水基團(tuán)在外端產(chǎn)生水溶性。量子點(diǎn)還被包裹在磷脂膠束[8]中，使其可溶于水。
量子點(diǎn)的性質(zhì)及應(yīng)用
最常用的量子點(diǎn)系統(tǒng)是CdSe的內(nèi)半導(dǎo)體核包覆ZnS的外殼。ZnS殼層負(fù)責(zé)保障CdSe核的化學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性。只需改變量子點(diǎn)的大小，就可以使其發(fā)出從紫外線到紅外光譜中所有波長的熒光。量子點(diǎn)的熒光波長取決于它的能隙（即激發(fā)態(tài)和基態(tài)之間的差），這是由量子點(diǎn)的大小決定的[49-52]。量子點(diǎn)具有光譜線寬窄、亮度高、寬光譜范圍內(nèi)吸收系數(shù)大、高光穩(wěn)定性和多路探測能力等特點(diǎn)，即使在復(fù)雜的體內(nèi)條件下，它們也非常明亮和穩(wěn)定，這使它們適用于先進(jìn)的分子和細(xì)胞成像、藥物傳遞以及高靈敏度的生物測定和診斷的應(yīng)用[53-54]，QD生物偶聯(lián)物使具有更高分辨率的高靈敏度實(shí)時(shí)成像，和對活細(xì)胞表面單個(gè)受體分子的跟蹤成為可能[13,55]。量子點(diǎn)的各種應(yīng)用如圖1所示。在大多數(shù)情況下，用于癌癥檢測的功能QD共軛物由半導(dǎo)體核心（CdSe, CdTe）組成；在CdSe作為量子點(diǎn)的情況下，會增加一個(gè)額外的殼層，如ZnS，因其具有比CdSe更高的能帶隙，能夠提高量子產(chǎn)率，同時(shí)可作為水溶親水性涂層，以及作為功能化抗體或其他生物分子在腫瘤位點(diǎn)的補(bǔ)充靶向癌癥標(biāo)記物。
圖1. 量子點(diǎn)的應(yīng)用
克服量子點(diǎn)的毒害性
由半導(dǎo)體納米粒子組成的天然量子點(diǎn)在自然界中是有毒的。已經(jīng)觀察到，CdSe量子點(diǎn)對暴露在紫外線下較長時(shí)間的細(xì)胞有很高的毒性，因?yàn)樽贤饩€會溶解CdSe，從而釋放出有毒的鎘離子。然而，在體內(nèi)研究[48]表明，聚合物涂層量子點(diǎn)在沒有紫外線的情況下是無毒的。研究還表明，將膠束包裹的量子點(diǎn)注射到青蛙胚胎中并不影響其發(fā)育[8]。因此，量子點(diǎn)通常被封裝在兩親性聚合物的外殼涂層內(nèi)[57-58]，使其具有水溶性，并能抵抗化學(xué)或酶降解。它們通常在有機(jī)溶劑中合成，如三-正辛基-氧化磷化氫（TOPO）[59-62]和十六烷基胺，它們具有長烷基鏈和高沸點(diǎn)，從而可以防止形成聚集體。近年來，對量子點(diǎn)進(jìn)行表面化學(xué)修飾使其具有水溶性的研究取得了很大的進(jìn)展[63-64]。最為常見的是，量子點(diǎn)與聚乙二醇（PEG）或類似的配體連接，以使它們具有生物相容性并減少非特異性結(jié)合。通過使用不同的策略將它們與各種生物親和配體（如多肽、抗體、寡核苷酸等）結(jié)合，使它們對目標(biāo)位點(diǎn)具有特異性。用于檢測腫瘤細(xì)胞生物標(biāo)記物的QD生物偶聯(lián)物的可能示意圖如圖2所示。圖3則簡要描述了QD技術(shù)用于癌癥體內(nèi)診斷的各個(gè)步驟。
圖2. 多功能量子點(diǎn)通常用于靶向腫瘤細(xì)胞。QDs與各種親和配體(肽、抗體、抑制劑、藥物等)結(jié)合，這些配體對腫瘤細(xì)胞的生物標(biāo)志物具有特異性。
圖3. 量子點(diǎn)用于癌癥體內(nèi)診斷的步驟。(a)QD生物偶聯(lián)物的形成，(b)將QD生物偶聯(lián)物靜脈注射到小鼠體內(nèi)，(c)QD生物偶聯(lián)物能有效靶向腫瘤細(xì)胞。
量子點(diǎn)的閃爍行為
Nirmal等人[65]首次發(fā)現(xiàn)，量子點(diǎn)在連續(xù)激發(fā)下會表現(xiàn)出閃爍行為，即間歇性開關(guān)發(fā)射，這歸因于俄歇電離[65-66]。即使在今天，這種行為的原理也沒有得到很好的解釋。但是，只有在分析過程中需要單個(gè)QD的信號時(shí)（如流式細(xì)胞術(shù)應(yīng)用程序），它才需要被重點(diǎn)關(guān)注到。在這種情況下，單個(gè)量子點(diǎn)的發(fā)射可能由于“閃爍”而關(guān)閉，從而導(dǎo)致探測器的信號丟失。但通常在大多數(shù)應(yīng)用中，如在基于細(xì)胞的分析中，涉及多個(gè)量子點(diǎn)，即使一些量子點(diǎn)閃爍，其他量子點(diǎn)也會發(fā)出信號供最終檢測，因此，檢測器不會遺漏任何信號。一種抵消閃爍導(dǎo)致的量子產(chǎn)率降低的方法是在量子點(diǎn)核心的頂部組裝一個(gè)由幾層具有更大能帶隙的材料原子層組成的殼層。
表面功能化對量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的影響
一些基礎(chǔ)研究表明，量子點(diǎn)的發(fā)光對表面功能化過程非常敏感，因?yàn)榉肿优c量子點(diǎn)表面的相互作用會改變量子點(diǎn)表面的電荷[67]，但許多基于量子點(diǎn)的探測應(yīng)用是基于目標(biāo)分析物分子與量子點(diǎn)表面功能化的生物分子相互作用后量子點(diǎn)熒光的變化而衍生的。量子點(diǎn)的表面功能化改善了其溶解度，但它也會降低量子效率。這在經(jīng)巰基乙酸處理的量子點(diǎn)中得到了證明，量子效率大大降低[7, 63]，但是蛋白質(zhì)功能化的量子點(diǎn)傾向于保持它們的量子效率，并提供更長的保質(zhì)期，它們還可以在不降低量子效率的情況下被多個(gè)官能團(tuán)[7]進(jìn)一步功能化。
用于觀察和追蹤量子點(diǎn)的測量系統(tǒng)
使用共聚焦顯微鏡、全內(nèi)反射顯微鏡或外熒光顯微鏡可以對單個(gè)量子點(diǎn)進(jìn)行更長時(shí)間的觀測和追蹤，最長可達(dá)數(shù)小時(shí)。Gao等人[68]和So等人[69]介紹了利用量子點(diǎn)作為標(biāo)簽進(jìn)行熒光成像及其測量的方案：Gao等人采用了波長分辨光譜成像的全身宏觀照明系統(tǒng)，可對體內(nèi)分子靶標(biāo)進(jìn)行高靈敏度檢測；So等人也采用了波長分辨光譜成像系統(tǒng)，其軟件可將自發(fā)熒光與量子點(diǎn)信號分離。
主動和被動量子點(diǎn)靶向技術(shù)
QD生物偶聯(lián)物可以通過主動靶向和被動靶向兩種機(jī)制在體內(nèi)傳遞給腫瘤，盡管被動靶向比主動靶向慢得多，效率也低得多。在被動靶向機(jī)制中，由于增強(qiáng)的通透性和保留作用，QD生物偶聯(lián)物優(yōu)先聚集在腫瘤部位[70-72]。這種效應(yīng)可以歸因于血管生成腫瘤（i）產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長因子，負(fù)責(zé)增強(qiáng)滲透性，（ii）缺乏有效的淋巴引流系統(tǒng)，這導(dǎo)致QD生物偶聯(lián)物積累。另一方面，在主動靶向機(jī)制中，抗體偶聯(lián)QD將抗體與腫瘤細(xì)胞上存在的前列腺特異性膜抗原等特異性腫瘤生物標(biāo)記物結(jié)合在靶向部位。
深層組織成像要求
研究表明，深層組織成像需要使用遠(yuǎn)紅外線和近紅外線[73]，這就需要使用近紅外發(fā)光的QD來提高腫瘤成像的靈敏度，因?yàn)檠汉退甗74]的主要吸收峰在這一區(qū)域不會產(chǎn)生干擾。
去除活細(xì)胞中的量子點(diǎn)
在將該技術(shù)用于人類的癌癥診斷和治療之前，需要對QD從活體動物體內(nèi)的清除及其新陳代謝進(jìn)行更加重點(diǎn)的關(guān)注和深入研究，受保護(hù)的QD從體內(nèi)清除的唯一途徑是通過腎臟緩慢過濾和排泄，因?yàn)橥ㄟ^化學(xué)或酶分解的可能性很小。
量子點(diǎn)在疾病診斷和治療中的潛在應(yīng)用
基于量子點(diǎn)技術(shù)的最新進(jìn)展和研究人員對此的濃厚興趣，在不久的將來，量子點(diǎn)在疾病診斷和治療領(lǐng)域?qū)兄T多潛在的應(yīng)用。
生物分子與量子點(diǎn)的結(jié)合
目前已開發(fā)出各種共價(jià)和非共價(jià)策略（如圖4所示），用于將蛋白質(zhì)和抗體等生物大分子與量子點(diǎn)結(jié)合。生物大分子可以利用交聯(lián)劑[1, 6, 8, 17, 38, 44, 64, 75-77]進(jìn)行共價(jià)結(jié)合，交聯(lián)劑將量子點(diǎn)表面的-COOH、-NH2或 -SH等官能團(tuán)與生物大分子上的官能團(tuán)交聯(lián)。如今，有各種共軛化學(xué)方法可用于修飾生物大分子，使其具有所需的官能團(tuán)。
圖4. 將抗體/蛋白質(zhì)與量子點(diǎn)連接的各種策略
修飾生物分子的策略
其中一種策略采用N-乙基-N′-（3-二乙基氨基丙基）碳二亞胺（EDC）作為雜交連接劑，將量子點(diǎn)的羧基與蛋白質(zhì)的氨基交聯(lián)。這種方法不需要對蛋白質(zhì)進(jìn)行任何化學(xué)修飾，因?yàn)榇蠖鄶?shù)蛋白質(zhì)都含有伯胺。
另一種策略是基于活性酯馬來酰亞胺介導(dǎo)的胺和巰基偶聯(lián)。但這種方法有一個(gè)局限性，即游離的巰基在氧氣存在下不穩(wěn)定，在原生生物大分子中很少發(fā)現(xiàn)。最近，Pellegrino等人[46]采用了含有多個(gè)酸酐單元的預(yù)活化兩親聚合物將蛋白質(zhì)與量子點(diǎn)結(jié)合。由于聚酐是可生物降解的聚合物，因此這種方法有可能應(yīng)用于制造持續(xù)給藥系統(tǒng)，但將生物大分子與量子點(diǎn)精確控制和定向結(jié)合的策略尚未被深入研究。Goldman等人[78]利用一種融合蛋白將免疫球蛋白G（IgG）與量子點(diǎn)結(jié)合，該融合蛋白具有一個(gè)帶正電的亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域，可與帶負(fù)電的量子點(diǎn)發(fā)生靜電結(jié)合，而蛋白G結(jié)構(gòu)域可與IgG的恒定Fc區(qū)域結(jié)合，從而使F(ab′)2區(qū)域可自由用于抗原結(jié)合。鎳-氮三乙酸（Ni-NTA）作為螯合劑，可用于將六組氨酸標(biāo)記的生物大分子與量子點(diǎn)結(jié)合。Gao和他在美國埃默里大學(xué)的研究小組正在開發(fā)這種技術(shù)，它在生物分子的可控定向結(jié)合、探針體積小和生產(chǎn)成本低等方面具有優(yōu)勢。鏈霉親和素-生物素結(jié)合策略也可用于將生物大分子與量子點(diǎn)結(jié)合，因?yàn)殒溍褂H和素涂層的量子點(diǎn)可在市場上買到，而且很容易與生物素化的生物大分子結(jié)合[13, 38, 55, 59, 80]。圖4展示了量子點(diǎn)的各種生物共軛策略。
量子點(diǎn)對生物分子生物學(xué)功能的影響
研究表明，在許多情況下，生物大分子與量子點(diǎn)的共軛不會改變生物大分子與其特定受體的結(jié)合能力[6, 8-9, 13, 17, 38, 55, 58-59 64, 76-77, 80-81]及其生物功能。Kloepfer等人[77]發(fā)現(xiàn)，將量子點(diǎn)與轉(zhuǎn)鐵蛋白共軛不會影響蛋白質(zhì)的功能。Dahan等人[82] 也觀察到，量子點(diǎn)與膜結(jié)合受體的結(jié)合對受體在膜中的擴(kuò)散行為沒有影響。不過，也有少數(shù)報(bào)道稱量子點(diǎn)可能會影響生物大分子的生物功能，如神經(jīng)遞質(zhì)血清素與血清素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)合親和力[14]。這可能是由于量子點(diǎn)的立體阻礙作用，要確認(rèn)量子點(diǎn)對生物大分子的生物功能可能產(chǎn)生的影響，還需要進(jìn)行詳細(xì)的研究。
量子點(diǎn)技術(shù)在癌癥診斷中的應(yīng)用進(jìn)展
在早期階段，量子點(diǎn)被用于幾種成像應(yīng)用，以取代有機(jī)染料，但當(dāng)觀察到這些材料持續(xù)發(fā)射強(qiáng)熒光數(shù)周后，這些材料的巨大應(yīng)用潛力才得以實(shí)現(xiàn)。這是顯微成像技術(shù)的重大進(jìn)步，有助于揭示許多細(xì)胞過程。在隨后的發(fā)展階段，研究人員對量子點(diǎn)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，并開始探索其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。制備了由相同材料組成但尺寸不同的量子點(diǎn)，其經(jīng)單一波長的光激活后可以產(chǎn)生不同的顏色。實(shí)驗(yàn)證明，標(biāo)記有生物分子（如抗體、多肽等）的量子點(diǎn)可用于檢測細(xì)胞表面或細(xì)胞內(nèi)部的特定分子。
量子點(diǎn)-多肽偶聯(lián)物可靶向腫瘤細(xì)胞
Akerman和同事[58]發(fā)表了使用量子點(diǎn)-多肽偶聯(lián)物在體內(nèi)靶向腫瘤血管的研究。他們采用了ZnS封裝的CdSe量子點(diǎn)，并展示了涂覆有不同多肽的量子點(diǎn)的靶向能力。通過靜脈注射后，涂有肺靶向肽的量子點(diǎn)在小鼠肺部聚集，該多肽與肺血管內(nèi)皮細(xì)胞上的膜二肽酶結(jié)合；第二種情況是，涂覆有靶向肽的量子點(diǎn)與某些腫瘤的血管和腫瘤細(xì)胞結(jié)合；第三種情況，涂有靶向肽的量子點(diǎn)會與淋巴管和腫瘤細(xì)胞結(jié)合。該研究小組還表明，在量子點(diǎn)外涂層中添加PEG可防止其在網(wǎng)狀內(nèi)皮組織中的非選擇性聚集。
量子點(diǎn)識別活體乳腺癌細(xì)胞的能力
量子點(diǎn)公司（Quantum Dot Corporation）和基因泰克公司（Genentech）的研究小組證明了量子點(diǎn)在識別可能對抗癌藥物產(chǎn)生反應(yīng)的活體乳腺癌細(xì)胞方面的潛力[38]。他們采用與免疫球蛋白G（IgG）和鏈霉親和素相連的量子點(diǎn)來標(biāo)記活體乳腺癌細(xì)胞表面的Her2癌癥標(biāo)記物，并探索了同時(shí)標(biāo)記細(xì)胞表面和細(xì)胞核中 Her2的量子點(diǎn)技術(shù)。研究人員用單一激發(fā)波長同時(shí)檢測了兩個(gè)細(xì)胞靶標(biāo)，從而表明不同顏色的量子點(diǎn)（即尺寸不同但材料相同的量子點(diǎn)）可用于區(qū)分單個(gè)細(xì)胞的不同部分，從而實(shí)現(xiàn)多重靶標(biāo)檢測。
多功能量子點(diǎn)同時(shí)靶向和成像活體動物的腫瘤
Gao和同事報(bào)道了多功能量子點(diǎn)同時(shí)靶向和成像活體動物的腫瘤的研究[68]。高度穩(wěn)定的量子點(diǎn)共軛物由兩親性三嵌段共聚物（用于體內(nèi)保護(hù)）、靶向配體（用于腫瘤抗原識別）和多個(gè)PEG分子（用于改善生物相容性和循環(huán)）組成。通過組織切片顯微鏡和全動物光譜成像監(jiān)測量子點(diǎn)探針的體內(nèi)行為，QD結(jié)合物通過靜脈注射小鼠，我們觀察到它們會通過被動靶向機(jī)制（由于腫瘤血管的滲漏）和主動靶向機(jī)制（由于包被腫瘤特異性抗體的QD偶聯(lián)物與腫瘤標(biāo)記物相互作用）在靶向腫瘤部位聚集。Gao和同事還使用量子點(diǎn)標(biāo)記培養(yǎng)中的特定細(xì)胞，觀察到在很短的一段時(shí)間內(nèi)，量子點(diǎn)在細(xì)胞核中積累。因此，具有量子點(diǎn)的細(xì)胞在注射后，可以借助其熒光在活體動物體內(nèi)進(jìn)行跟蹤。
近紅外量子點(diǎn)用于前哨淋巴結(jié)繪圖
Kim和團(tuán)隊(duì)[34]探索了利用發(fā)射波長為850 nm的近紅外量子點(diǎn)進(jìn)行前哨淋巴結(jié)繪圖的實(shí)用性，這是在最靠近受影響器官的淋巴結(jié)中檢測游離癌細(xì)胞的主要途徑。將量子點(diǎn)經(jīng)皮內(nèi)注射到活體小鼠體內(nèi)后，甚至在皮膚下1厘米處的前哨淋巴結(jié)也能得到實(shí)時(shí)跟蹤。這一進(jìn)展是一項(xiàng)重大突破，因?yàn)樵诓皇褂梅派湫詷?biāo)記的情況下，切除前哨淋巴結(jié)所需的切口面積減小了。研究人員正在嘗試使用量子點(diǎn)技術(shù)來治療癌癥，一種可能性是用X射線/紅外光照射注射后的量子點(diǎn)，這將為腫瘤提供熱能并引發(fā)細(xì)胞凋亡/程序性細(xì)胞死亡的過程。
用于多路復(fù)用的量子點(diǎn)
Goldman和同事[83]在使用單一激發(fā)光源的夾心免疫測定中使用了四種具有不同發(fā)射波長的量子點(diǎn)，證明了量子點(diǎn)對四種毒素進(jìn)行多重分析的能力。同樣地，Makrides和同事[84]在蛋白質(zhì)印跡檢測中使用了兩種光譜不同的量子點(diǎn)來檢測兩種蛋白質(zhì)。在需要檢測的目標(biāo)腫瘤部位存在的各種癌癥生物標(biāo)記物時(shí)，多路復(fù)用的方法具有極其重要的意義。
用于體內(nèi)成像的自發(fā)光量子點(diǎn)
最近，斯坦福大學(xué)的Jianghong Rao研究小組證明，自發(fā)光QD共軛物（QD-Luc8）具有體內(nèi)成像的潛在應(yīng)用價(jià)值[69]。該研究小組開發(fā)了一種雷尼拉腎形熒光素酶（Luc8）的八次突變變體，它在血清中更穩(wěn)定，催化效率更高。利用 1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）鹽酸碳二亞胺（EDC）交聯(lián)劑，將Luc8與聚合物包覆的鎘/鋅核殼QD 655共軛，制成自發(fā)光 QD共軛，它們在沒有外部激發(fā)的情況下通過生物發(fā)光共振能量轉(zhuǎn)移（BRET）發(fā)光。BRET是一個(gè)能量從發(fā)光供體蛋白（如R. reniformis 熒光素酶）向附近的受體熒光蛋白進(jìn)行非輻射性轉(zhuǎn)移的過程[69, 85-87]，與現(xiàn)有的QD相比，它大大提高了小動物成像的靈敏度。用于體內(nèi)成像的QD的最大優(yōu)勢之一是，通過調(diào)整其尺寸，可在整個(gè)近紅外光譜范圍內(nèi)調(diào)整其發(fā)射波長，從而產(chǎn)生在生物緩沖液中高度穩(wěn)定的光穩(wěn)定性熒光團(tuán)。這是因?yàn)樯顚咏M織光學(xué)成像在近紅外光譜中效果最佳，因?yàn)槿鹄⑸潆S波長增加而減少，而且動物體內(nèi)的主要發(fā)色團(tuán)（即血紅蛋白和水）在該光譜中具有局部吸收最小值。使用EDC將檢測癌癥生物標(biāo)志物的抗體與QD-Luc8復(fù)合物結(jié)合。將形成的QD-Luc8抗體復(fù)合物通過尾靜脈注射到患癌小鼠體內(nèi)，以檢測癌癥生物標(biāo)志物。然后將小鼠麻醉并轉(zhuǎn)移到光密室中。幾分鐘后，靜脈注射Luc8的底物——腔腸素，并拍攝體內(nèi)生物發(fā)光圖像。
基于量子點(diǎn)的靶向癌癥藥物傳遞系統(tǒng)
Shuming Nie及其同事[35]用一層防水的聚合物涂層改造了原始的鎘硒QD，防止了劇毒鎘離子從QD共軛物中滲出，并提供了一種將腫瘤靶向分子和給藥功能化學(xué)附著到QD共軛物上的方法，該研究小組正在開發(fā)一種針對癌細(xì)胞的給藥系統(tǒng)。開發(fā)的與肽或抗體結(jié)合的 量子點(diǎn)，用于靶向在小鼠體內(nèi)生長的人類腫瘤細(xì)胞，QD將被調(diào)整為在紅外區(qū)域輻射，以防止能量發(fā)射對組織造成損害。與針對目標(biāo)癌細(xì)胞表面癌癥標(biāo)志物的特異性肽/抗體結(jié)合的量子點(diǎn)只有在受到激光照射時(shí)才會釋放藥物，這樣就可以控制接受毒素的細(xì)胞，從而將副作用降到最低。同時(shí)他們還在努力將量子點(diǎn)的熒光波長擴(kuò)展到900 nm以上，因?yàn)閹缀鯖]有任何生物分子的熒光波長超過這一數(shù)值。
該技術(shù)的現(xiàn)狀
如今，在量子點(diǎn)技術(shù)的幫助下，癌癥研究人員能夠觀察到腫瘤細(xì)胞中發(fā)生的基本分子事件。這是通過熒光顯微鏡在體內(nèi)跟蹤不同大小、不同顏色的QD（標(biāo)記有多種不同的生物分子）來實(shí)現(xiàn)的，量子點(diǎn)技術(shù)在納米生物技術(shù)和醫(yī)療診斷等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，可被用作標(biāo)簽。但要在人體中使用它們，仍需要進(jìn)行廣泛的研究，以確定使用的長期影響。
量子點(diǎn)在癌癥診斷和治療中的應(yīng)用前景
研究人員對量子點(diǎn)的探索始于最近二十年。雖然這一領(lǐng)域仍處于起步階段，但由于其獨(dú)特的光學(xué)和電子特性，它已深深吸引了科學(xué)家和工程師的關(guān)注。量子點(diǎn)已經(jīng)徹底改變了分子成像領(lǐng)域，在未來幾年，它們將在不同領(lǐng)域得到不同程度的發(fā)展，影響最大的領(lǐng)域之一肯定是活細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)成像，這項(xiàng)技術(shù)將為了解癌癥的病理生理學(xué)以及腫瘤成像和篩查提供新的見解。量子點(diǎn)在未來肯定會成為所設(shè)想的多功能納米設(shè)備的組成部分之一，這種設(shè)備可以檢測病變組織、提供治療并實(shí)時(shí)報(bào)告進(jìn)展情況。
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