综述:碳基量子点肿瘤诊断研究进展

MEMS 2023-12-02 00:02

肿瘤的诊断关系到其愈后生存率及生活质量,实现肿瘤的早期诊断是肿瘤疾病治疗的关键策略之一。近年来以石墨烯量子点、碳点、碳化聚合物量子点等为代表的碳基量子点(CQDs)在肿瘤诊断中的应用尝试得到了广泛的报道。如何厘清当前CQDs在肿瘤诊断应用探索中面临的各种挑战与机遇是该领域发展的重要课题。

鉴于CQDs结构定义与分类的诸多矛盾与争议,当前其仍未形成标准统一的理论框架;而肿瘤分子生物学因长期深入而系统的研究工作已发展成为一门严密而完善的生命科学分支。基于此,上海微系统所丁古巧研究员、董慧研究员、杨思维副研究员在现有的肿瘤分子生物学框架中,对CQDs在肿瘤诊断中构—效关系研究进行了系统整理(图1),相关综述以“Tumor diagnosis using carbon-based quantum dots: Detection based on the hallmarks of cancer”在线发表于Bioactive Materials(33 (2024) 174–222)。


图1 从CQDs结构的角度(上方灰色箭头方向)及从肿瘤生物学角度(下方红色箭头方向)梳理基于CQDs的肿瘤诊断相关工作

该综述首次以全新的思考维度,从肿瘤细胞的九大标志性差异出发(自给自足生长;凋亡逃避;生长信号对抗;血管生成;入侵和转移;无限复制;基因组突变;能量代谢变化;免疫破坏逃逸,图2)对当前CQDs在肿瘤诊断领域的研究工作进行系统性整理。该综述厘清了目前广泛应用于肿瘤诊断的标志性差异,总结了针对上述差异开展的CQDs结构设计思路及物理/化学过程,阐明了 CQDs 的结构-功能关系,有助于理解碳纳米结构的界面相互作用并解决其他纳米材料的类似问题。同时,该综述指出了在肿瘤早期诊断的CQDs设计中迫切需要的标志性差异或标志物,为应用于肿瘤诊断工作的纳米材料结构设计提供道标。


图2 综述对肿瘤九大标志性差异的机理逐一展开讨论,指明CQDs结构设计的方向

该综述也提出了CQDs在肿瘤诊断领域面临的挑战,包括:1. 对CQDs 的确切定义(包括分类、结构等)达成一致并形成标准;2. 界定CQDs复杂碳纳米结构与生理系统之间界面上可能发生的物理相互作用范围;3. 多标志物诊断功能在CQDs上的集成;4. 面向肿瘤体外诊断(IVD)的CQDs开发。上述挑战不仅是CQDs发展中面临的问题,同时也是纳米医学发展中涉及的共性问题。

论文第一作者为超导电子学实验室博士研究生王杭和石墨烯粉体课题组杨思维副研究员,通讯作者为丁古巧研究员及杨思维副研究员。相关工作得到上海市科委项目(21ZR1482800, 23YF1455800), 上海市超级博士后项目(62174093),国家自然科学基金(62174093)等基金支持。

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2023.10.004

延伸阅读:
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《mRNA癌症治疗专利全景分析-2022版》
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