上海應物所鎘系量子點(diǎn)細胞毒性研究取得系列進(jìn)展

量子點(diǎn)是一種具有卓越熒光性能的新型納米材料，在生物醫學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。然而，如何解決量子點(diǎn)，特別是發(fā)光效率最高的鎘系量子點(diǎn)的生物相容性問(wèn)題，成為這種納米材料臨床應用的瓶頸問(wèn)題，其研究受到廣泛關(guān)注。

中國科學(xué)院上海應用物理研究所物理生物學(xué)實(shí)驗室的黃慶和樊春海課題組對鎘系量子點(diǎn)的細胞毒性問(wèn)題進(jìn)行了系統研究，相關(guān)研究工作受到國際同行關(guān)注，并于近期應邀在生物材料領(lǐng)域的著(zhù)名雜志《生物材料》（Biomaterials，2012，33，1238-1244）發(fā)表觀(guān)點(diǎn)論文（leading  opinion  paper）The  cytotoxicity  of  cadmium-based  quantum  dots（鎘系量子點(diǎn)的細胞毒性）。結合課題組最新的研究結果，系統討論了鎘系量子點(diǎn)的細胞毒性及其作用機制，并對該領(lǐng)域的相關(guān)研究工作進(jìn)行了總結與展望。

研究人員系統比較了三種不同結構的鎘量子點(diǎn)的細胞毒性，發(fā)現CdTe量子點(diǎn)具有很強的細胞毒性，而使用核殼結構包裹的量子點(diǎn)的細胞毒性則顯著(zhù)降低，特別是具有硫化鋅外殼保護的CdTe/CdS/ZnS雙層外殼量子點(diǎn)，幾乎沒(méi)有明顯毒性，提示鎘系量子點(diǎn)的細胞毒性與其在胞內解離的鎘離子濃度直接相關(guān)（Biomaterials，2009，30，19–25）。進(jìn)一步的研究則表明，CdTe量子點(diǎn)引發(fā)的細胞毒性遠高于同等濃度的游離鎘離子，因而僅僅從鎘離子的重金屬毒性效應來(lái)考慮CdTe量子點(diǎn)的細胞毒性是不夠的。這提示了納米材料的尺寸效應和表面效應可能造成所謂的“納米毒性”（Biomaterials，2010，31，4829-4834）。

隨后，物理生物實(shí)驗室的研究人員通過(guò)基因芯片的方法系統比較了CdTe量子點(diǎn)和CdCl2分別引發(fā)的基因表達變化，發(fā)現二者具有明顯的相似性。為了揭示這種特別的納米效應，研究人員利用上海同步輻射光源中先進(jìn)的軟X-射線(xiàn)細胞顯微成像技術(shù)(synchrotron-based  soft  transmission  X-ray  microscopy，STXM)，對CdTe量子點(diǎn)的亞細胞定位進(jìn)行了精確成像，發(fā)現CdTe量子點(diǎn)明顯富集在細胞核的周?chē)�，透射電鏡（TEM）結果也證明了CdTe量子點(diǎn)在細胞內的不均一分布。這種納米粒子在細胞內的不均一分布模式產(chǎn)生了顯著(zhù)的納米效應，使得細胞核周?chē)�產(chǎn)生遠高于胞內其它地方的鎘離子濃度，而CdTe量子點(diǎn)表面尚未游離的鎘離子也可能通過(guò)與核的直接接觸而產(chǎn)生顯著(zhù)的細胞毒性（Biomaterials，2012，33，1238-1244）。

綜合已有結果，研究者提出鎘系量子點(diǎn)的細胞毒性來(lái)源于其解離或存在于表面的鎘離子，而量子點(diǎn)在細胞內的分布極大影響了其細胞毒性。此項研究對系統地理解量子點(diǎn)的生物安全性問(wèn)題提供了新的機制，有望對量子點(diǎn)在生物成像、醫學(xué)診斷和治療中的應用與防護起到指導性作用。