上海应物所镉系量子点细胞毒性研究取得系列进展

量子点是一种具有卓越荧光性能的新型纳米材料，在生物医学领域具有广泛的应用前景。然而，如何解决量子点，特别是发光效率最高的镉系量子点的生物相容性问题，成为这种纳米材料临床应用的瓶颈问题，其研究受到广泛关注。

中国科学院上海应用物理研究所物理生物学实验室的黄庆和樊春海课题组对镉系量子点的细胞毒性问题进行了系统研究，相关研究工作受到国际同行关注，并于近期应邀在生物材料领域的著名杂志《生物材料》（Biomaterials，2012，33，1238-1244）发表观点论文（leading  opinion  paper）The  cytotoxicity  of  cadmium-based  quantum  dots（镉系量子点的细胞毒性）。结合课题组最新的研究结果，系统讨论了镉系量子点的细胞毒性及其作用机制，并对该领域的相关研究工作进行了总结与展望。

研究人员系统比较了三种不同结构的镉量子点的细胞毒性，发现CdTe量子点具有很强的细胞毒性，而使用核壳结构包裹的量子点的细胞毒性则显著降低，特别是具有硫化锌外壳保护的CdTe/CdS/ZnS双层外壳量子点，几乎没有明显毒性，提示镉系量子点的细胞毒性与其在胞内解离的镉离子浓度直接相关（Biomaterials，2009，30，19–25）。进一步的研究则表明，CdTe量子点引发的细胞毒性远高于同等浓度的游离镉离子，因而仅仅从镉离子的重金属毒性效应来考虑CdTe量子点的细胞毒性是不够的。这提示了纳米材料的尺寸效应和表面效应可能造成所谓的“纳米毒性”（Biomaterials，2010，31，4829-4834）。

随后，物理生物实验室的研究人员通过基因芯片的方法系统比较了CdTe量子点和CdCl2分别引发的基因表达变化，发现二者具有明显的相似性。为了揭示这种特别的纳米效应，研究人员利用上海同步辐射光源中先进的软X-射线细胞显微成像技术(synchrotron-based  soft  transmission  X-ray  microscopy，STXM)，对CdTe量子点的亚细胞定位进行了精确成像，发现CdTe量子点明显富集在细胞核的周围，透射电镜（TEM）结果也证明了CdTe量子点在细胞内的不均一分布。这种纳米粒子在细胞内的不均一分布模式产生了显著的纳米效应，使得细胞核周围产生远高于胞内其它地方的镉离子浓度，而CdTe量子点表面尚未游离的镉离子也可能通过与核的直接接触而产生显著的细胞毒性（Biomaterials，2012，33，1238-1244）。

综合已有结果，研究者提出镉系量子点的细胞毒性来源于其解离或存在于表面的镉离子，而量子点在细胞内的分布极大影响了其细胞毒性。此项研究对系统地理解量子点的生物安全性问题提供了新的机制，有望对量子点在生物成像、医学诊断和治疗中的应用与防护起到指导性作用。