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发光学报|钙钛矿量子点荧光试剂开启黑色素瘤液体活检新篇章

2024-04-28 11:48

来源：澎湃新闻·澎湃号·湃客

▎导读

最近，广州医科大学（现工作单位宁波大学）李杨教授团队在《发光学报》（EI、Scopus、CSCD、核心期刊）发表了题为“黑色素瘤循环肿瘤细胞检测的金属卤化物钙钛矿@外泌体复合探针检测新策略”，成功开发出了一种新型黑色素瘤液体活检荧光试剂--以钙钛矿量子点复合材料（CsPbBr3@SiO2@PEG）作为信号介质，以黑色素瘤衍生外泌体（MEX）作为靶向信标，展示了比临床黑色素瘤检测更高的灵敏性和特异性。

▎研究背景

在精准医疗和早期诊断领域，液体活检技术以其无创、快速且连续监测肿瘤发展能力受到广泛关注。依赖特异性生物标志物（如循环肿瘤细胞CTCs、RNA、蛋白质和外泌体MEX等）光学信号定性定量反馈指示数据，以荧光介质@生物标志物复合试剂为核心的液体活检，有效实现了肿瘤早期诊断、治疗监测和疗效评估。尽管临床应用优势明显，但不同类型肿瘤液体活检，检出率仍差别较大。

一方面不同肿瘤检出与特异性生物标志物直接相关，例如黑色素瘤这一高致死率、易复发、迅速转移的恶性肿瘤，它的CTCs因细胞表面上皮细胞黏附分子（EpCAM）低表达甚至无表达，这就使得黑色素瘤液体活检不能依赖常规CTCs检测，而需要另辟蹊径，发现新特异性生物标志物。另一方面，现在使用的荧光介质量子效率低，也是阻碍检测灵敏性提升的重要一环。

基于此，文中提出一种新的策略：以高量子效率和发光可调的金属卤化物钙钛矿（MHP）复合材料为信号介质，利用外泌体（MEX）的“归巢效应”构建钙钛矿量子点探针（PSPE），用于提升黑色素瘤液体活检灵敏性。外泌体是一种是由细胞内多泡体与细胞膜融合后，释放到细胞外基质中的膜性囊泡。由于外泌体从亲本细胞继承了很多特异性生物分子，不同种类肿瘤外泌体具有天然的“归巢效应”，因此成为液体活检的特异性标志物。钙钛矿量子点因其接近100%量子效率的优异光电特性，近年来在能源、环境及生物医学领域展现了良好应用前景，也是液体活检荧光介质的可能候选者。研究团队将二者结合，开发出PSPE量子点试剂，这种新型液体活检试剂与临床使用的EpCAM抗体相比，黑色素瘤检出性能大大提高。

▎提升钙钛矿稳定性和生物相容性

钙钛矿量子点MHP应用在液体活检需要解决两个关键问题，即：MHP较差的环境稳定性和潜在的生物毒性。本文采用了两步策略攻克MHP的稳定性与潜在毒性难题。

（1）表面包裹SiO₂：SiO₂层的引入为钙钛矿量子点提供了一层稳定的物理保护，避免直接接触水分或氧气，从而减少光和化学降解。

（2）mPEG-DSPE修饰：在SiO₂外层进一步修饰mPEG-DSPE，不仅增强了其在生物性体系中的稳定性和亲水性，还提高了生物相容性。

如图1（c）和图1（b）所示，研究员采用无机SiO₂和有机mPEG-DSPE的“硬”“软”包裹策略成功合成CsPbBr₃@SiO₂@PEG。该策略不仅增强了钙钛矿量子点的稳定性（图1（c）），而且具有较高的生物相容性（图1（d）），为其在液体活检等生物医疗领域的应用提供了可能。

图1. CsPbBr₃@SiO₂@PEG的FTIR光谱（a）、粒径分布（b）、荧光稳定性（c）、细胞毒性实验结果（d）。

▎钙钛矿量子点黑色素瘤液体活检试剂开发

黑色素瘤液体活检试剂（PSPE）是由CsPbBr₃@SiO₂@PEG与外泌体MEX通过物理或化学方法附着制备而成。因此PSPE制备过程需要解决CsPbBr₃@SiO₂@PEG与MEX的稳定链接。本文研究员将MEX与CsPbBr₃@SiO₂@PEG混合后在挤出仪中反复挤压使外泌体破碎后在钙钛矿量子点表面重组包覆，最终制备了PSPE。在透射电镜（TEM）微观视野中，可以观察到PSPE表面MEX存在（图2（b））。Western blot实验（图2（c））和电势的变化（图2（d））同样证明了上述结论。这种纳米探针不仅继承了钙钛矿量子点优异发光性能（图2（e）），还通过表面MEX赋予了PSPE靶向黑色素瘤细胞功能。