發光學報|鈣鈦礦量子點熒光試劑開啟黑色素瘤液體活檢新篇章

2024-04-28 11:48

來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客

▎導讀

最近，廣州醫科大學（現工作單位寧波大學）李楊教授團隊在《發光學報》（EI、Scopus、CSCD、核心期刊）發表了題為“黑色素瘤循環腫瘤細胞檢測的金屬鹵化物鈣鈦礦@外泌體復合探針檢測新策略”，成功開發出了一種新型黑色素瘤液體活檢熒光試劑--以鈣鈦礦量子點復合材料（CsPbBr3@SiO2@PEG）作為信號介質，以黑色素瘤衍生外泌體（MEX）作為靶向信標，展示了比臨床黑色素瘤檢測更高的靈敏性和特異性。

▎研究背景

在精準醫療和早期診斷領域，液體活檢技術以其無創、快速且連續監測腫瘤發展能力受到廣泛關注。依賴特異性生物標志物（如循環腫瘤細胞CTCs、RNA、蛋白質和外泌體MEX等）光學信號定性定量反饋指示數據，以熒光介質@生物標志物復合試劑為核心的液體活檢，有效實現了腫瘤早期診斷、治療監測和療效評估。盡管臨床應用優勢明顯，但不同類型腫瘤液體活檢，檢出率仍差別較大。

一方面不同腫瘤檢出與特異性生物標志物直接相關，例如黑色素瘤這一高致死率、易復發、迅速轉移的惡性腫瘤，它的CTCs因細胞表面上皮細胞黏附分子（EpCAM）低表達甚至無表達，這就使得黑色素瘤液體活檢不能依賴常規CTCs檢測，而需要另辟蹊徑，發現新特異性生物標志物。另一方面，現在使用的熒光介質量子效率低，也是阻礙檢測靈敏性提升的重要一環。

基于此，文中提出一種新的策略：以高量子效率和發光可調的金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）復合材料為信號介質，利用外泌體（MEX）的“歸巢效應”構建鈣鈦礦量子點探針（PSPE），用于提升黑色素瘤液體活檢靈敏性。外泌體是一種是由細胞內多泡體與細胞膜融合后，釋放到細胞外基質中的膜性囊泡。由于外泌體從親本細胞繼承了很多特異性生物分子，不同種類腫瘤外泌體具有天然的“歸巢效應”，因此成為液體活檢的特異性標志物。鈣鈦礦量子點因其接近100%量子效率的優異光電特性，近年來在能源、環境及生物醫學領域展現了良好應用前景，也是液體活檢熒光介質的可能候選者。研究團隊將二者結合，開發出PSPE量子點試劑，這種新型液體活檢試劑與臨床使用的EpCAM抗體相比，黑色素瘤檢出性能大大提高。

▎提升鈣鈦礦穩定性和生物相容性

鈣鈦礦量子點MHP應用在液體活檢需要解決兩個關鍵問題，即：MHP較差的環境穩定性和潛在的生物毒性。本文采用了兩步策略攻克MHP的穩定性與潛在毒性難題。

（1）表面包裹SiO?：SiO?層的引入為鈣鈦礦量子點提供了一層穩定的物理保護，避免直接接觸水分或氧氣，從而減少光和化學降解。

（2）mPEG-DSPE修飾：在SiO?外層進一步修飾mPEG-DSPE，不僅增強了其在生物性體系中的穩定性和親水性，還提高了生物相容性。

如圖1（c）和圖1（b）所示，研究員采用無機SiO?和有機mPEG-DSPE的“硬”“軟”包裹策略成功合成CsPbBr?@SiO?@PEG。該策略不僅增強了鈣鈦礦量子點的穩定性（圖1（c）），而且具有較高的生物相容性（圖1（d）），為其在液體活檢等生物醫療領域的應用提供了可能。

圖1. CsPbBr?@SiO?@PEG的FTIR光譜（a）、粒徑分布（b）、熒光穩定性（c）、細胞毒性實驗結果（d）。

▎鈣鈦礦量子點黑色素瘤液體活檢試劑開發

黑色素瘤液體活檢試劑（PSPE）是由CsPbBr?@SiO?@PEG與外泌體MEX通過物理或化學方法附著制備而成。因此PSPE制備過程需要解決CsPbBr?@SiO?@PEG與MEX的穩定鏈接。本文研究員將MEX與CsPbBr?@SiO?@PEG混合后在擠出儀中反復擠壓使外泌體破碎后在鈣鈦礦量子點表面重組包覆，最終制備了PSPE。在透射電鏡（TEM）微觀視野中，可以觀察到PSPE表面MEX存在（圖2（b））。Western blot實驗（圖2（c））和電勢的變化（圖2（d））同樣證明了上述結論。這種納米探針不僅繼承了鈣鈦礦量子點優異發光性能（圖2（e）），還通過表面MEX賦予了PSPE靶向黑色素瘤細胞功能。