低毒无镉量子点在基因转染和生物分子标记中的应用

Cd(镉)是目前合成量子点最常用的元素，而镉的毒性严重限制了其在生物领域的应用，故研制不含镉的量子点成为新型高效量子点发展的方向。CuInS2/ZnS是一种低毒、光稳定、无镉、高荧光亮度的新型量子点。本研究探索该量子点集DNA转染兼荧光报告系统双重作用于一身的可行性,尝试(1)将其作为非病毒基因载体介导糖尿病并发症相关基因-醛糖还原酶AR质粒DNA（pcDNA3.1/myc-His-AR）对真核细胞HEK293的转染;(2)示踪量子点-DNA复合物在细胞内的传递过程及超微结构定位，探讨量子点携带的DNA释放到细胞质、转入细胞核的可能机制; (3)利用链霉亲和素-生物素亲和作用,使偶联了链霉亲和素的量子点特异性捕获生物素化的抗原-抗体复合物, 对目的基因表达产物-AR蛋白进行检测，建立量子点荧光免疫标记分析方法，为将来应用于疾病相关特异蛋白的超敏、微量体液检测提供科学依据。

半导体纳米微晶体量子点（QDs）的高发光量子效率及优于荧光染料的特性和稳定性，使其在荧光标记探针和医学成像等领域的应用备受期待。但QDs所含的重金属元素成为它们走向临床应用的忧患。围绕低毒无镉CuInS2/ZnS 量子点的合成、不同核心组分QDs稳定性及荧光强度比较、QDs作为基因转染试剂兼荧光报告系统双重作用的可行性、QDs-抗体偶联物对细胞和组织靶蛋白的荧光免疫标记、以及CdSe/CdS/ZnS量子点在细胞、小鼠和非人灵长类动物模型中的生物毒性评价进行了系统研究。研究结果表明，目前技术发展水平下CuInS2/ZnS量子点的各项性能还是逊于CdSe/CdS/ZnS、CdTe/ZnS等含镉QDs。DMEM培养基成分对QDs的荧光有促衰减作用，可能与QDs的聚集有关。在对SiRNA进行细胞转染时，QDs显示出集转染载体兼荧光报告系统双重作用为一身的优势，但不适宜作为DNA转染的介质。分析其原因可能有以下几点：（1）QDs-DNA复合物尺寸过大，难以穿透细胞核膜；（2）水溶性环境中的QDs-DNA复合物易聚集沉淀。（3）QDs-DNA复合物中的DNA失去转录活性。此外，本项目成功地应用QDs-抗体偶联技术对细胞中重组表达的醛糖还原酶AR、绿色荧光蛋白GFP和胃癌组织标本中的增殖抗原Ki67进行了免疫荧光标记，偶联率和标记效率与抗体结构及类型有关。在剂型和剂量适当的情况下包覆良好的量子点对小鼠和恒河猴的急性和中短期毒性可以降至最低，血液检测以及组织病理分析等均未发现异常。但我们的研究结果也显示实验中所使用的量子点很可能通过肝脏代谢发生一定程度的降解，其所含的重金属镉离子在动物的肾脏有蓄积现象，这极有可能为动物的长期健康埋下安全隐患。QDs在机体内长期蓄积的潜在影响我们仍在跟踪观察之中。