量子点发光以帮助科学家看到脂肪中的炎症细胞

为了准确诊断和治疗疾病，医生和研究人员需要看到身体内部。自不起眼的X射线以来，医学成像工具已经走过了漫长的道路，但大多数现有工具仍然过于粗糙，无法量化身体深层组织内的细胞数量或特定类型。

根据伊利诺伊大学对老鼠的新研究，量子点可以做到这一点。

“量子点可以测量体内非常、非常动态和复杂的东西，我们目前看不到。它们使我们能够计数细胞，检测它们的确切位置，并观察随时间的变化。我认为它是真的是一个巨大的进步，”AndrewSmith说，他是UofI生物工程系教授，也是ACSNano研究的合著者。

量子点是实验室培养的纳米粒子——只有几百个原子大小——具有特殊的光学特性，可通过标准显微镜、断层扫描(例如PET/CT扫描仪)和荧光成像检测到。根据它们的大小和成分，像史密斯这样的生物工程师可以使它们发出特定颜色的光，并在红外光谱中发光。

“发出红外线的光是很少见的。红外线中的组织发出的光很少，所以如果你把它们放在身体里，它们会显得很亮。我们可以深入观察身体，比我们能更准确地测量事物使用可见范围内的技术，”史密斯说。

在ACSNano研究中，Smith及其同事让量子点在巨噬细胞上松散。

当我们的身体需要吞噬病原体或清理细胞碎片时，巨噬细胞就会开始工作。他们的工作之一是引发炎症，使环境不适合有害微生物。但有时他们做得太好了。根据它们所在的组织，由巨噬细胞活动引起的慢性炎症会导致糖尿病、心血管问题、癌症等。

UofI团队对脂肪或脂肪组织中的巨噬细胞特别感兴趣。

“随着体重增加和肥胖，脂肪组织中的巨噬细胞数量会增加，并倾向于向炎症表型转变，这会导致胰岛素抵抗和代谢综合征的发展。脂肪组织中巨噬细胞的数量和位置描述不佳，尤其是在体内，”卡夫亨氏公司人类营养学教授、伊利诺伊大学动物科学系人类营养学教授、研究合著者凯利·斯旺森说。

“我们小组开发的量子点可以更好地量化和表征脂肪组织中存在的细胞及其空间分布，”他补充道。

该团队创造了涂有葡聚糖的量子点，葡聚糖是一种糖分子，也可以靶向脂肪组织中的巨噬细胞。作为概念验证，他们将这些量子点注射到肥胖小鼠体内，并将成像结果与单独的葡聚糖(目前用于巨噬细胞成像的标准)进行比较。

量子点在所有成像平台(包括简单的光学技术)上都优于单独的葡聚糖。

“量子点发出大量光，使我们能够更大程度地测量特定细胞类型并确定它们的位置，”史密斯说。“这种程度的光输出允许使用光学技术，这比其他成像技术更容易获得。与MRI和PET扫描仪相比，它们是可以放入小型诊所的廉价仪器。每个人都可以拥有一台。”

尽管量子点尚未在人类身上使用，但斯旺森看到了未来，一种简单的光学技术(如超声波)可用于非侵入性诊断和追踪超重患者的炎症巨噬细胞。

“可能有一种像超声波这样的设备，你可以在其中扫描某人，即使患者的体重没有变化，医生也可以判断细胞类型是否正在发生变化。更多的炎症细胞可以预测胰岛素抵抗和其他问题，”他说.“这就是我对它感兴趣的原因，因为它的诊断特性。”

量子点不用于人类，因为它们通常由镉和汞等重金属制成，科学家们仍然没有弄清楚它们是如何被代谢和从体内清除的。史密斯和他的团队正在研究用更安全的元素制成的量子点，但在那之前，它们仍然是一种非常宝贵的研究工具。例如，它们的长循环时间——在当前研究中是葡聚糖的九倍——可以为诊断人员提供一种超越时间快照的方法。

“即使在一天之内，巨噬细胞的变异性也很大。脂肪组织在一天的中间可能有一个非常高的数量，然后它会下降很多，”史密斯说。“在动物研究中，我们可以在一天的开始和结束时牺牲动物来研究这种趋势，但使用量子点，我们可能不必这样做。你可以随着时间的推移追踪一只动物以观察它的进展。

“量子点在动物研究中提供了巨大的价值。因此，即使量子点不能用于人类，如果我们永远找不到使它们无毒的方法，其价值仍然非常大。”