李艷芬(綜述)，陳 坤 ，張鐵柱(審校)

(廣東醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院口腔科，廣東湛江524023)

惡性腫瘤是嚴重危害人類生命健康的最主要疾病之一。據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究中心報告:2008年全球760萬人死于惡性腫瘤，新發(fā)惡性腫瘤病例約1240萬，現(xiàn)患腫瘤患者數(shù)量達2800 萬［1］。盡管人類對于惡性腫瘤的檢測、診斷及治療進行了長期、艱苦的不懈努力，但始終未能取得突破性進展。近年來，量子點以其獨有的特性應(yīng)用于腫瘤方面的研究已成為人們廣泛關(guān)注的研究熱點之一。尤其是作為一種新型熒光探針應(yīng)用于腫瘤方面，如量子點在活體動物移植瘤體內(nèi)外成像、靶向標記特異組織和細胞、腫瘤標志物檢測及腫瘤的治療等方面均取得了新的進展，前景十分廣闊?，F(xiàn)就近年來量子點在活體動物移植瘤模型中的應(yīng)用予以綜述。

1 量子點的特性及其功能化修飾

量子點，也稱半導(dǎo)體納米晶，它是由Ⅱ～Ⅵ族元素或Ⅲ～Ⅴ族元素組成的尺寸＜100 nm的半導(dǎo)體納米微晶體，由金屬核(如硒化鎘)和外殼(如硫化鋅)組成，這些半導(dǎo)體納米微晶體由于受到量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)的影響，表現(xiàn)出獨特的光電屬性:量子點與傳統(tǒng)的有機熒光分子材料相比，具有激發(fā)光波長范圍寬且連續(xù)分布，而其發(fā)射波長的范圍窄且呈對稱分布，可檢測到的光譜范圍內(nèi)同時使用多個探針，發(fā)射光譜不出現(xiàn)交疊。由于量子點具有尺寸可調(diào)的特性，通過改變其尺寸或內(nèi)核的組分可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)量子點的發(fā)射光譜，這樣僅用一種波長的激發(fā)光源便可激發(fā)多種熒光，進行多元熒光檢測。量子點的光穩(wěn)定性好，熒光壽命長且耐光漂白，可以經(jīng)受反復(fù)多次的激發(fā)，這為研究生物體活體成像及細胞中生物分子之間長時間相互作用提供了有力工具［2-6］。應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的量子點，必須是水溶性的，這樣更容易與處在水溶性環(huán)境中的生物分子(如蛋白質(zhì)、DNA、肽類等)相結(jié)合。但是，無論通過金屬合成還是水相合成的量子點都帶有疏水的表面活性分子，而不易與生物分子相結(jié)合，必須對其表面進行修飾，使其具有良好的生物相容性。可以通過靜電引力、氫鍵作用或特異的配體受體相互作用將生物分子結(jié)合在量子點的表面［7-8］。

2 量子點在活體動物移植瘤中的應(yīng)用

多年來，在探索腫瘤的發(fā)生機制、轉(zhuǎn)移機制、診斷及治療的過程中，由于受到倫理學(xué)等方面的限制，很難在人體上完整獲得對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移等過程的檢查、取材等方面的資料。而活體動物在基因與遺傳方面與人類較為接近，量子點極強的熒光穩(wěn)定性使其在活體動物方面的研究成為可能。動物活體中量子點作為光學(xué)對比劑結(jié)合熒光成像系統(tǒng)可進行腫瘤的定位，實時監(jiān)測腫瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移，對腫瘤動力學(xué)的研究及指導(dǎo)癌癥手術(shù)提供了幫助［9］。

2.1 量子點在移植瘤動物中成像 量子點優(yōu)越的光學(xué)屬性使其被廣泛應(yīng)用于生物體內(nèi)腫瘤的定位成像研究。在目前的動物實驗中，將近紅外量子點制成特異性的生物探針，用于活體腫瘤成像、淋巴結(jié)成像及血管成像等是研究的熱點之一。量子點成像作為一種新型腫瘤成像技術(shù)，將有廣泛的應(yīng)用前景［10］。

2.1.1 活體動物體內(nèi)腫瘤成像 2004年 Gao等［11］首次對小動物體內(nèi)腫瘤進行了活體成像，他們用一種新型的多功能量子點探針——聚乙二醇包被的量子點標記前列腺特異性膜抗原的抗體，經(jīng)小鼠尾靜脈注射，能夠?qū)游锘铙w內(nèi)的腫瘤進行靶向，成功實現(xiàn)了前列腺癌模型的非損傷性成像。Diagaradjane等［12］將分別中度表達和高表達表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的人結(jié)腸癌細胞株H CT116和DiFi接種到雄性裸鼠后腿皮下，待腫瘤生長至0.8～1 cm時，尾靜脈注射10 pmol耦聯(lián)了表皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)的氨基化CdSeTe/ZnS量子點;作為對照，另一組裸鼠注射未耦聯(lián)EGF的量子點，分別于注射后0、3 min和1、4、24 h用活體成像影像系統(tǒng)對吸入麻醉狀態(tài)下的裸鼠進行活體成像，注射后4 h時，兩組在腫瘤區(qū)域的熒光強度具有顯著差異。Yang等［13］用發(fā)射波長為800 nm的量子點連接EGFR標記口腔鱗癌BcaCD885制作量子點800-EGFR探針，并通過靜脈注射到高表達EGFR的動物移植瘤動物模型中，結(jié)果顯示:量子點800-EGFR探針檢測到BcaCD885細胞強熒光信號，量子點探針注射后腫瘤成像的最大信噪比從15 min至6 h，在裸鼠頭頸移植瘤部位實現(xiàn)了原位在體的活體成像。這些研究結(jié)果表明，量子點標記的熒光探針在活體中能特異性地靶定腫瘤部位，為腫瘤研究提供了一種可視化實時在體觀測的研究方法。

2.1.2 活體動物前哨淋巴結(jié)成像 前哨淋巴結(jié)能準確反映整個淋巴結(jié)群的狀態(tài)，是腫瘤轉(zhuǎn)移到達的第1站淋巴結(jié)。檢測前哨淋巴結(jié)對于腫瘤的TMN分期及預(yù)后意義重大，對于精確手術(shù)范圍和明確治療方案具有指導(dǎo)意義。大顆粒量子點能發(fā)射高穿透性的近紅外線，可用于前哨淋巴結(jié)檢測。Kim等［14］將發(fā)射近紅外線的Ⅱ型量子點注射入小鼠前爪及豬腹股溝皮下，在鹵燈激發(fā)下實現(xiàn)了腋窩及腹股溝皮下1 cm深度的前哨淋巴結(jié)精確定位成像。通過量子點標志，醫(yī)師可看清1 cm深組織下的前哨淋巴結(jié)，從而可準確地指導(dǎo)手術(shù)進行，確保前哨淋巴結(jié)的完全切除。Knapp等［15］研究報道了利用近紅外量子點在犬和豬中對浸潤性膀胱腫瘤的前哨淋巴結(jié)術(shù)中實時顯像。黃雪蕾等［16］用近紅外熒光材料量子點800標記尼妥珠單抗，制備成熒光抗體探針，經(jīng)尾靜脈注射到Tcca8113舌鱗癌裸鼠皮下移植瘤動物模型中，結(jié)果表明量子點800對動物模型的舌前哨林巴結(jié)示蹤效果良好，能在活體內(nèi)清楚地顯示舌部注射后引流的頸部前哨淋巴結(jié)位置，熒光強度高、持續(xù)時間長，且長時間停留于前哨淋巴結(jié)內(nèi)。這些實驗均表明量子點在活體動物的前哨淋巴結(jié)成像可以非常準確地對腫瘤組織、前哨淋巴結(jié)進行定位標記，這為臨床在手術(shù)中指導(dǎo)醫(yī)師實施精確而徹底的腫瘤根治手術(shù)提供了可能的新方法。

2.1.3 活體動物內(nèi)血管成像 腫瘤組織周圍血管豐富，細胞生長繁殖迅速，由于通常所用有機熒光材料激發(fā)光譜窄而發(fā)射光譜寬且易發(fā)生熒光漂白，不能在體實時對多種組織成像，而量子點熒光探針以其無以比擬的優(yōu)越性可用于檢測腫瘤的血管變化。Morgan等［17］用牛血清白蛋白包裹的CdMnTe/Hg量子點作為血管造影劑，通過皮下注射或靜脈注射到裸鼠和C3H小鼠動物模型中，結(jié)果顯示，量子點能夠?qū)3H小鼠的鱗狀細胞癌血管進行定位，可以通過血液循環(huán)到達腫瘤血管，并通過對小鼠心臟的成像確定該量子點的組織穿透深度。這為通過藥物進行靶向治療提供了一條新的探索途徑。Stroh等［18］將量子點、多光子成像技術(shù)和表達綠色熒光蛋白的轉(zhuǎn)基因老鼠相結(jié)合，對腫瘤血管周圍的細胞和組織進行研究。結(jié)果證實不同尺寸的這些納米熒光晶體可以進入到腫瘤組織實時成像，并可從血管周圍的細胞和組織中區(qū)分出腫瘤血管，還成功地利用量子點標記骨髓干細胞監(jiān)測由骨髓補充到腫瘤脈管系統(tǒng)的過程，這為多功能的量子點用于腫瘤病理生理學(xué)研究及抗腫瘤治療提供了一種新方法。

2.2 腫瘤標志物檢測 腫瘤標志物是存在于腫瘤細胞內(nèi)或腫瘤細胞表面或脫落的物質(zhì)，或是宿主對腫瘤反應(yīng)而產(chǎn)生的物質(zhì)。腫瘤標志物在惡性腫瘤診治中具有重要作用，但因其特異性和敏感性欠佳，限制了其廣泛應(yīng)用。量子點能夠接受激發(fā)光產(chǎn)生熒光標志物，比傳統(tǒng)熒光探針有明顯的優(yōu)越性。2003年，Wu等［19］首次將量子點連接IgG和鏈霉親和素用于特異性生物標志物Her2的標記，并用一種光源對2種靶物質(zhì)同時進行了成像，結(jié)果顯示，量子點熒光探針能夠有效的靶向標記腫瘤細胞中的Her2，并可同時對細胞進行多元性檢測。Yu等［20］用硒化鎘/硫化鋅量子點耦聯(lián)鼠抗人甲胎蛋白(α-fetoprotein，AFP)抗體來識別肝癌標志物AFP，量子點AFP抗體探針通過尾靜脈注射到小鼠內(nèi)。點對點激光照射獲取腫瘤部位和正常組織的熒光信號:熒光主要分布在肝癌組織上，周圍組織的熒光強度迅速下降，基本無非特異性分布。盤杰等［21］利用量子點的光學(xué)優(yōu)點，將其作為熒光探針檢測裸鼠舌鱗癌移植瘤組織切片中Bcl-2蛋白，結(jié)果顯示蛋白定位準確，特異性強。認為量子點熒光探針可應(yīng)用舌鱗癌裸鼠模型的腫瘤組織切片，特別是冰凍組織切片中檢測特定蛋白，可實現(xiàn)對腫瘤組織多種蛋白的同時檢測，為進一步研究口腔鱗癌動物模型中腫瘤組織的特定蛋白及蛋白組織學(xué)提供新的研究手段。

2.3 活體動物體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移方面的研究 腫瘤細胞的遷移和浸潤與腫瘤細胞侵入周圍組織細胞密切相關(guān)，對于形成轉(zhuǎn)移性腫瘤非常有害。腫瘤能夠通過脈管系統(tǒng)進行局部或者遠處轉(zhuǎn)移，它也是造成晚期腫瘤患者難以治愈的主要原因。動態(tài)地研究腫瘤細胞的侵襲軌跡有助于了解腫瘤細胞對正常組織的破壞作用。隨著對量子點研究的不斷深入，越來越多地發(fā)現(xiàn)量子點在腫瘤轉(zhuǎn)移的檢測方面具有巨大的潛力［22］。

Jaiswal等［23］和 Voura 等［24］最早探索將二氫基硫辛酸修飾的量子點標記活細胞，并將載有這種量子點且具肺轉(zhuǎn)移能力的B16F10(黑素瘤)細胞通過尾靜脈注入小鼠體內(nèi)后，在處死的小鼠肺組織中觀察到量子點發(fā)出的熒光。其研究結(jié)果表明量子點是一種優(yōu)良的示蹤探針，可用于研究腫瘤細胞的體內(nèi)行為，并為腫瘤轉(zhuǎn)移研究提供了理論基礎(chǔ)。Shi等［25］報道，利用近紅外光發(fā)射量子點連接抗前列腺特異性膜抗體后可使小鼠骨頭中前列腺癌微轉(zhuǎn)移灶在體顯像。2008年Chen等［26］將量子點用于動物體內(nèi)肝腫瘤肺轉(zhuǎn)移的檢測，他們將巰基乙酸修飾的水溶性量子點結(jié)合AFP單克隆抗體制備成水溶性量子點-AFP-Ab復(fù)合物探針，通過尾靜脈注射到建立的肝癌肺轉(zhuǎn)移模型的裸鼠體內(nèi)，結(jié)果顯示，該探針可精確靶向肺部轉(zhuǎn)移灶，說明其對肝癌微小轉(zhuǎn)移灶的檢測同樣具有很高的研究價值，這將有助于肝癌的早期診斷和治療。目前，盡管量子點對腫瘤轉(zhuǎn)移的研究不斷深入，但是能真正地將其用于臨床還需要進一步的研究。

2.4 腫瘤治療方面的應(yīng)用

2.4.1 靶向治療 目前對于腫瘤的治療，臨床上一般采用外科切除、放射治療及化學(xué)治療，這些治療方法均可導(dǎo)致機體不同程度的受到損傷。傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物缺乏選擇性，癌細胞靶向能力低，不良反應(yīng)大。靶向治療是指借助各種對腫瘤細胞有選擇性親和作用的物質(zhì)為載體，使藥物定向作用于腫瘤組織而不損傷正常組織細胞的治療方法。由于腫瘤部位血管內(nèi)皮的通透性較高，納米粒子載藥具有較小的尺寸，容易透過和在腫瘤部位聚集而獲得被動靶向效應(yīng)。Shenoy等［27］報道制備的聚乙烯納米粒載藥三苯氧胺較游離藥物水溶性好，在血液中循環(huán)時間長，作用于乳腺癌裸鼠模型，可在腫瘤組織中高濃度蓄積，與應(yīng)用游離藥物的方法相比，顯示出對乳腺癌的靶向性。

2.4.2 光動力學(xué)治療 光動力學(xué)療法治療惡性腫瘤是近20余年興起并不斷發(fā)展的新技術(shù)，其原理是利用光敏劑選擇性聚積、儲留于腫瘤組織內(nèi)，并能在特定波長的光照下，通過光化學(xué)或光生物學(xué)反應(yīng)對瘤組織產(chǎn)生殺傷效應(yīng)，從而達到局部治癌目的。量子點以其優(yōu)越的光學(xué)特性可以用作光敏劑來介導(dǎo)光動力學(xué)療法，能對目標癌細胞準確定位進行靶向治療腫瘤而殺傷周圍正常細胞，被證明利用紫外線調(diào)節(jié)的毒性作為殺死癌細胞的一種途徑［28-29］。Bakalova等［30］將水溶性的硒化鎘量子點連接于對白血病細胞有特異性的抗CD抗體上，將標記的白血病細胞與正常的淋巴細胞混合，在經(jīng)典光敏劑存在或缺失的情況下同時受到紫外線照射，結(jié)果顯示，量子點連接的抗CD使白血病細胞對紫外光照射敏感，同時證明在經(jīng)典光敏劑存在的情況下可以增加其效果。這些治療方法是利用量子點對于治療腫瘤的新探索。

3 小結(jié)及展望

量子點作為一種新型的納米熒光探針，以其獨特的光學(xué)性能在活體動物移植瘤中的研究中得到了廣泛的應(yīng)用，它能夠?qū)ι矬w內(nèi)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移提供動態(tài)的監(jiān)測，對于疾病的診斷、治療和預(yù)后提供了新的手段，更為將來能夠應(yīng)用于臨床打下了堅實的基礎(chǔ)，應(yīng)用前景十分廣闊。但是，量子點應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還存在很多問題，如量子點的毒性問題，量子點的表面修飾會造成量子點空間位阻增大，以及理化性質(zhì)改變的問題，量子點在體內(nèi)的排泄等仍是限制其體內(nèi)應(yīng)用的重要因素。盡管如此，隨著對量子點研究的不斷深入，量子點在活體動物成像、腫瘤標志物示蹤及腫瘤轉(zhuǎn)移等方面已取得了一定的進展。在目前的動物移植瘤試驗中，不斷優(yōu)化和完善量子點的性能，降低其毒性，并能通過排泄器官在體內(nèi)清除，使之成為具有高敏感性及高穩(wěn)定性的探針，實時動態(tài)地監(jiān)測腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移，為量子點探針應(yīng)用于臨床的診斷及治療建立一個新的平臺，是今后的研究方向。

［1］Boyle P，Levin B.World Cancer Report 2008［R］.Lyon，F(xiàn)rance:World Health Organization.International Agency for Research on Cancer，2008.

［2］Chan WC，Nie S.Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic detection［J］.Science，1998，281(5385):2016-2018.

［3］Biju V，Itoh T，Anas A，et al.Semiconductor quantum dots and metal nanoparticles:syntheses，optical properties，and biological applications［J］.Anal Bioanal Chem，2008，391(7):2469-2495.

［4］Rizvi SB，Ghaderi S，Keshtgar M，et al.Semiconductor quantum dots as fluorescent probes for in vitro and in vivo bio-molecular and cellular imaging［J］.Nano Rev，2010.

［5］Pericleous P，Gazouli M，Lyberopoulou A，et al.Quantum dots hold promise for early cancer imaging and detection［J］.Int J Cancer，2012，131(3):519-28.

［6］Wu X，Liu H，Liu J，et al.Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots［J］.Nat Biotechnol，2003，21(1):41-46.

［7］Bruchez M Jr，Moronne M，Gin P，et al.Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels［J］.Science，1998，281(5385):2013-2016.

［8］Smith AM，Duan H，Mohs AM，et al.Bioconjugated quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging［J］.Adv Drug Deliv Rev，2008，60(11):1226-1240.

［9］Jiang W，Papa E，F(xiàn)iseher H，et al.Semieonductor quantum dotsas conirast ageflts for whole animal imaging［J］.Trends Biotechnol，2004，22(12):607-609.

［10］Parak WJ，Boudreau R，Le Gros M，et al.Cell motility and metastatic potential studies based on quantum dot imaging of phagokinetic tracks［J］.Adv Mater，2002，14(12):882-888.

［11］Gao X，Chung LW，Nie S.Quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging［J］.Methods Mol Biol，2007，374:135-145.

［12］Diagaradjane P，Orenstein-Cardonna JM，Colón-Casanovas NE，et al.Imaging epidermal growth factor receptor expression in vivo:Pharmacokinetic and biodistribution characterization of a bioconjugated quantum dot nanoprobe［J］.Clin Cancer Res，2008，14(3):731-741.

［13］Yang K，Zhang FJ，Tang H，et al.In-vivo imaging of oral squamous cell carcinoma by EGFR monoclonal antibody conjugated near-infrared quantum dots in mice［J］.Int J Nanomedicine，2011，6:1739-1745.

［14］Kim S，Lim YT，Solterz EG，et al.Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping［J］.Nat Biotechnol，2004，22(1):93-97.

［15］Knapp DW，Adams LG，Degrand AM，et al.Sentinel lymph node mapping of invasive urinary bladder cancer in animal models using invisible light［J］.Eur Urol，2007，52(6):1700-1708.

［16］黃雪蕾，付崇建，席慶，等.近紅外量子點及小分子熒光染料標記的尼妥珠單克隆抗體對人舌鱗癌動物模型的活體熒光成像［C］//中國抗癌協(xié)會頭頸腫瘤專業(yè)委員會.2011國際暨全國第十一屆頭頸腫瘤學(xué)術(shù)大會論文匯編.杭州，2011:967-968.

［17］Morgan NY，English S，Chen W，et al.Real time in vivo non-invasive optical imaging using near-infrared fluorescent quantum dots［J］.Acad Radiol，2005，12(3):313-323.

［18］Stroh M，Zimmer JP，Duda DG，et al.Quantum dots spectrally distinguish multiple species within the tumor milieu in vivo［J］.Nat Med，2005，11(6):678-682.

［19］Wu X，Liu H，Liu J，et al.Immunofluorescent labeling of cancer marker Her2 and other cellular targets with semiconductor quantum dots［J］.Nat Biotech，2003，21(1):41-46.

［20］Yu X，Chen L，Li Y，et al.Immunofluorescence detection with quantum dot bioconjugates for hepatomain vivo［J］.J Biomed Opt，2007，12(1):014008.

［21］盤杰，趙建江，王治平，等.量子點熒光技術(shù)標記口腔鱗癌細胞中bcl22的研究［J］.中山大學(xué)學(xué)報:醫(yī)學(xué)科學(xué)版，2009，30(5):634-638.

［22］Wang J，Liu G，Wu H，et al.Quantum-dot-based electrochemical immunoassay for high-throughput screening of the prostate-specific antigen［J］.Small，2008，4(1):82-86.

［23］Jaiswal JK，Goldman ER，Mattoussi H，et al.Use of quantum dots for live cell imaging［J］.Nat Methods，2004，1(1):73-78.

［24］Voura EB，Jaiswal JK，Mattoussi H，et al.Tracking metastatic tumor cell extravasation with quantum dot nanocrystals and fluorescence emission-scanning microscopy［J］.Nat Med，2004，10(9):993-998.

［25］Shi CM，Zhu Y，Xie Z，et al.Visualizing h uman prostate cancer cells in mouse skeleton using bioconjugated near-infrared fluorescent quantum dots［J］.Urology，2009，74(2):446-451.

［26］Chen LD，Liu J，Yu XF，et al.The biocompatibility of quantum dot probes used for the targeted imaging of hepatocellular carcinoma metastasis［J］.Biomaterials，2008，29(31):4170-4176.

［27］Shenoy DB，Amiji MM.Poly(ethylene oxide)-modified poly(epsilon-caprolactone)nanoparticles for targeted delivery of tamoxifen in breast cancer［J］.Int J Pharm，2005，293(1/2):261-270.

［28］Derfus AM，Chan WCW，Bhatia SN.Probing the cytotoxicity of semiconductor quantum dots［J］.Nano Letters，2004，4(1):11-18.

［29］Medintz IL，Trammell SA，Mattoussi H，et al.Reversible modulation of quantum dot photoluminescence using a protein-bound photochromic fluorenscence resonance energy transfer acceptor［J］.J Am Chem Soc，2004，126(1):30-31.

［30］Bakalovar，Ohba H，Zhelev Z，et al.Quantum dot anti-CD conjugates:are they potential photosensitizersor potentiators of classical photosensitizing agents in photodynamic therapy of cancer［J］.Nano Letters，2004，4(9):1567-1573.