量子點發光以幫助科學家看到脂肪中的炎癥細胞

為了準確診斷和治療疾病，醫生和研究人員需要看到身體內部。自不起眼的X射線以來，醫學成像工具已經走過了漫長的道路，但大多數現有工具仍然過于粗糙，無法量化身體深層組織內的細胞數量或特定類型。

根據伊利諾伊大學對老鼠的新研究，量子點可以做到這一點。

“量子點可以測量體內非常、非常動態和復雜的東西，我們目前看不到。它們使我們能夠計數細胞，檢測它們的確切位置，并觀察隨時間的變化。我認為它是真的是一個巨大的進步，”AndrewSmith說，他是UofI生物工程系教授，也是ACSNano研究的合著者。

量子點是實驗室培養的納米粒子——只有幾百個原子大小——具有特殊的光學特性，可通過標準顯微鏡、斷層掃描(例如PET/CT掃描儀)和熒光成像檢測到。根據它們的大小和成分，像史密斯這樣的生物工程師可以使它們發出特定顏色的光，并在紅外光譜中發光。

“發出紅外線的光是很少見的。紅外線中的組織發出的光很少，所以如果你把它們放在身體里，它們會顯得很亮。我們可以深入觀察身體，比我們能更準確地測量事物使用可見范圍內的技術，”史密斯說。

在ACSNano研究中，Smith及其同事讓量子點在巨噬細胞上松散。

當我們的身體需要吞噬病原體或清理細胞碎片時，巨噬細胞就會開始工作。他們的工作之一是引發炎癥，使環境不適合有害微生物。但有時他們做得太好了。根據它們所在的組織，由巨噬細胞活動引起的慢性炎癥會導致糖尿病、心血管問題、癌癥等。

UofI團隊對脂肪或脂肪組織中的巨噬細胞特別感興趣。

“隨著體重增加和肥胖，脂肪組織中的巨噬細胞數量會增加，并傾向于向炎癥表型轉變，這會導致胰島素抵抗和代謝綜合征的發展。脂肪組織中巨噬細胞的數量和位置描述不佳，尤其是在體內，”卡夫亨氏公司人類營養學教授、伊利諾伊大學動物科學系人類營養學教授、研究合著者凱利·斯旺森說。

“我們小組開發的量子點可以更好地量化和表征脂肪組織中存在的細胞及其空間分布，”他補充道。

該團隊創造了涂有葡聚糖的量子點，葡聚糖是一種糖分子，也可以靶向脂肪組織中的巨噬細胞。作為概念驗證，他們將這些量子點注射到肥胖小鼠體內，并將成像結果與單獨的葡聚糖(目前用于巨噬細胞成像的標準)進行比較。

量子點在所有成像平臺(包括簡單的光學技術)上都優于單獨的葡聚糖。

“量子點發出大量光，使我們能夠更大程度地測量特定細胞類型并確定它們的位置，”史密斯說。“這種程度的光輸出允許使用光學技術，這比其他成像技術更容易獲得。與MRI和PET掃描儀相比，它們是可以放入小型診所的廉價儀器。每個人都可以擁有一臺。”

盡管量子點尚未在人類身上使用，但斯旺森看到了未來，一種簡單的光學技術(如超聲波)可用于非侵入性診斷和追蹤超重患者的炎癥巨噬細胞。

“可能有一種像超聲波這樣的設備，你可以在其中掃描某人，即使患者的體重沒有變化，醫生也可以判斷細胞類型是否正在發生變化。更多的炎癥細胞可以預測胰島素抵抗和其他問題，”他說.“這就是我對它感興趣的原因，因為它的診斷特性。”

量子點不用于人類，因為它們通常由鎘和汞等重金屬制成，科學家們仍然沒有弄清楚它們是如何被代謝和從體內清除的。史密斯和他的團隊正在研究用更安全的元素制成的量子點，但在那之前，它們仍然是一種非常寶貴的研究工具。例如，它們的長循環時間——在當前研究中是葡聚糖的九倍——可以為診斷人員提供一種超越時間快照的方法。

“即使在一天之內，巨噬細胞的變異性也很大。脂肪組織在一天的中間可能有一個非常高的數量，然后它會下降很多，”史密斯說。“在動物研究中，我們可以在一天的開始和結束時犧牲動物來研究這種趨勢，但使用量子點，我們可能不必這樣做。你可以隨著時間的推移追蹤一只動物以觀察它的進展。

“量子點在動物研究中提供了巨大的價值。因此，即使量子點不能用于人類，如果我們永遠找不到使它們無毒的方法，其價值仍然非常大。”