Quantum Dots in der Früherkennung von Krebs Früherkennung von Krebs ist wünschenswert, da die meisten Tumoren nachweisbar sind nur, wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, wenn sie Millionen von Zellen, die bereits Metastasen kann enthalten. Derzeit beschäftigt diagnostische Techniken, wie medizinische Bildgebung, Gewebeentnahme und bioanalytischen Assays von Körperflüssigkeiten durch Enzym-Immuno-Assay (ELISA) sind nicht ausreichend sensitiv und spezifisch für die meisten Arten von Krebs frühzeitig zu erkennen. Darüber hinaus sind diese Assays arbeitsintensiv, zeitaufwendig, teuer und haben keine Multiplexing-Fähigkeit. Auf der anderen Seite ist QD basierte Erkennung schnell, einfach und kostengünstig ermöglicht eine schnelle Point-of-care-Screening der Krebs-Marker. QDs haben einzigartige Eigenschaften, die sie ideal zum Nachweis von Tumoren zu machen habe. Dazu gehören intensive und stabile Fluoreszenz für eine längere Zeit; Resistenz gegen Ausbleichung [1-5], großen molaren Extinktionskoeffizienten und hochempfindlichen Nachweis aufgrund ihrer Fähigkeit zu absorbieren und emittieren Licht sehr effizient. Aufgrund ihrer großen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, kann ein einzelner QD konjugiert werden, um verschiedene Moleküle, wodurch QDs ansprechend für die Beschäftigung bei der Gestaltung komplexer multifunktionaler Nanostrukturen. Verschiedene Arten von Biomarkern wie Proteine, DNA oder mRNA-Sequenzen und zirkulierende Tumorzellen haben für die Krebsdiagnostik aus Serumproben identifiziert worden. Daher QD auf Multiplex-Ansatz [1] für die gleichzeitige Identifizierung vieler Biomarker zu einer effektiveren Diagnostik von Krebserkrankungen führen würde. QDs haben kovalent worden, um verschiedene Biomoleküle wie Antikörper, Peptide, Nukleinsäuren und andere Liganden für die Fluoreszenz-Probing-Anwendungen verbunden sind [6-19]. Einige der Anwendungen von QDs in der Biologie [20-32] zusammen mit ihren enormes Potenzial für die in vivo molekulare Bildgebung [33-37] wurden bereits untersucht. Vorteile für Anorganische Quantum Dots über organischen Farbstoffen Im Vergleich zu herkömmlichen organischen Fluorophoren für Fluoreszenz-Markierung in biologischen Experimenten verwendet werden, haben anorganische QDs breitere Anwendungen aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Ausbleichen, die Visualisierung des biologischen Materials für einen längeren Zeitraum ermöglicht. Fluorophore reagieren sehr empfindlich auf ihrem lokalen Umfeld und kann zu unterziehen Bleichen, eine irreversible Photooxidation Prozess, der ihnen nicht-fluoreszierenden macht. Dies ist die wichtigste Einschränkung für alle Studien, in denen der Fluorophor markiert Struktur muss über einen längeren Zeitraum beobachtet werden. Fluorophore können optisch angeregten nur in einem engen Bereich von Wellenlängen und Fluoreszenzemission ist auch auf einen bestimmten Bereich von Wellenlängen beschränkt. Während QDs können mit einer einzigen Lichtquelle mit der Wellenlänge kürzer als die Wellenlänge der Fluoreszenz angeregt werden. Die Fluoreszenzspektren von QDs sind schmal, symmetrisch und haben keine roten Schwanz wie in Fluorophore beobachtet. Verschiedene Farben können beobachtet und ohne spektrale Überlappung unterschieden werden. Daher wurde multicolor Kennzeichnung von unterschiedlichen Strukturen mit QDs in verschiedenen Farben möglich. Das Multiplex-Ansatz [3, 38-40] ist von großem Interesse in den unterschiedlichsten Anwendungen wie Diagnose von Krankheiten und Drug Delivery. Der Bereich der QDs ist der multidisziplinäre als Personen aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, dh Chemie, Physik, Biologie und Medizin zusammen arbeiten, um ihr Potenzial zu nutzen. Ihre Beschäftigung für die Erkennung und Behandlung von Krebs ist eine solche Anwendung, die von größter Bedeutung ist. Quantum Dot Technologie QDs sind anorganische Halbleiter-Nanokristalle mit typischen Durchmesser zwischen 2-8 nm, die einzigartig lumineszierenden Eigenschaften besitzen. Sie sind im Allgemeinen von Atomen aus den Gruppen II und VI-Elemente (z. B. CdSe und CdTe) oder Gruppen III und V-Elemente (z. B. InP und InAs) des Periodensystems zusammen. Ihre Abmessungen sind kleiner als die Exzitonen Bohr-Radius [1], dass führt zu Quanten-Confinement-Effekt, der die Verantwortung für ihre einzigartigen optischen und elektronischen Eigenschaften ist. Synthese von Quantum Dots Hochwertige QDs wurden durch verschiedene Ansätze [41-43] synthetisiert worden. Aber in der Regel ihre Synthese in organischen Lösungsmitteln wie Toluol oder Chloroform bei höheren Temperaturen in Gegenwart von Tensiden durchgeführt. Aber das Tensid-beschichtete Partikel sind in Wasser nicht löslich, wie sie polar Tensid-Kopfgruppe an der anorganische Kern von QD und der hydrophoben Kette hineinragenden dem organischen Lösungsmittel haben. In der Regel beinhalten alle Experimente mit Zellen wasserlösliche Stoffe. Deshalb haben verschiedene Strategien entwickelt worden, um sie wasserlöslich, bei denen entweder die Tensid-Schicht ersetzt wird oder mit zusätzlichen Schicht wie hydrophile oder amphipathischen Polymeren beschichtet [44-45]. Die hydrophobe Beschichtung von Tensiden wird durch Ligandenmoleküle die funktionelle Gruppen tragen an einem Ende ersetzt, die Bindung an den QD-Oberfläche und hydrophile Gruppen am anderen Ende, dass die QDs wasserlöslich machen. Der Einsatz von amphiphilen Polymeren als zusätzliche Beschichtung auf QD-Oberfläche wurde auch [38, 46-48] berichtet. Der hydrophobe Schwanz des Polymers reagiert mit dem hydrophoben Tensid-Schicht auf QD-Oberfläche, während die hydrophilen Gruppen des Polymers auf das äußere Ende erteile Wasserlöslichkeit. QDs wurden auch in Phospholipid-Micellen eingekapselt [8], um sie wasserlöslich. Eigenschaften und Anwendungen von Quantum Dots Die am häufigsten verwendeten QD-System ist die innere Halbleiter-Kern CdSe mit der Außenhülle des ZnS beschichtet. Die ZnS-Hülle ist verantwortlich für die chemische und optische Stabilität des CdSe-Kern. QDs gemacht, um fluoreszierende Licht im ultravioletten bis infraroten Spektralbereich emittieren nur durch Variation ihrer Größe werden. Die Wellenlänge der Fluoreszenz des QD hängt von seiner Bandlücke (dh die Differenz zwischen dem angeregten und dem Grundzustand), die durch die Größe des QD [49-52] bestimmt wird. QDs haben engen spektralen Linienbreiten, sehr hohe Helligkeit, große Absorptionskoeffizienten in einem breiten Spektralbereich, hohe Photostabilität und die Fähigkeit von Multiplex-Detektion. Sie sind sehr hell und stabil, auch unter komplexen in vivo-Bedingungen, die sie für Fortgeschrittene geeignet molekularen und zellulären Bildgebung, Drug Delivery und für hochempfindliche Bioassays und Diagnostik [53-54] zu machen. Hochsensible Bildgebung in Echtzeit mit einer höheren Auflösung und Verfolgung von einzelnen Rezeptor-Moleküle auf der Oberfläche lebender Zellen wurden ermöglicht durch QD Biokonjugate [13, 55]. Verschiedene Anwendungen von Quantenpunkten sind in Abbildung 1 angegeben. In den meisten Fällen sind die funktionellen QD-Konjugate für die Krebsfrüherkennung eines Halbleiter-Kern (CdSe, CdTe) zusammengesetzt; eine zusätzliche Shell wie ZnS im Falle von CdSe-QDs mit einer höheren Bandlücke als CdSe zu Quanten-Ausbeute zu erhöhen, ein Wasser lösliche hydrophile Beschichtung, und funktionalisierte Antikörper oder andere Biomoleküle komplementär zur Zielsequenz Krebsmarker am Tumor Seiten.  | Abbildung 1. Applications of Quantum Dots. |
Die Überwindung der toxischen Natur von Quantum Dots Der gebürtige QDs aus Halbleiter-Nanopartikeln sind giftig in der Natur. Es wurde beobachtet, dass CdSe QDs sehr toxisch für Zellen mit UV für eine längere Zeit [56] als UV die CdSe löst werden, damit Freisetzung von giftigen Cadmium-Ionen. Allerdings sind Polymer-beschichteten QDs ungiftig in der Abwesenheit von UV durch in vivo Studien zeigten [48]. Es wurde auch gezeigt, dass die Micelle-verkapselten QDs in die Froschembryo injiziert hatte keinen Einfluss auf seine Entwicklung [8]. Daher sind QDs normalerweise in der äußeren Schicht der amphiphilen Polymere [57-58] machen sie wasserlöslich und resistent gegen chemische oder enzymatische Abbau zu gekapselt. Sie sind typischerweise in organischen Lösungsmitteln wie Tri-n-Octyl-phosphinoxid synthetisiert (TOPO) [59-62] und Hexadecylamin, mit langen Alkylketten und hohe Siedepunkte, um die Bildung von Aggregaten zu verhindern. In den letzten Jahren hat es eine große Entwicklung wurde auf die Oberflächenchemie der QDs ändern, damit sie wasserlöslich [63-64]. Am häufigsten sind QDs an Polyethylenglykol (PEG) oder ähnliche Liganden verknüpft, damit sie biokompatibel und eine unspezifische Bindung zu reduzieren. Sie sind aus speziell auf die Ziel-Site durch ihre Anbindung an verschiedene bioaffinen Liganden wie Peptide, Antikörper, Oligonukleotide etc. mit unterschiedlichen Strategien. Eine mögliche schematische Darstellung des QD Biokonjugat für den Nachweis von Tumorzellen Biomarker ist in Abbildung 2 dargestellt. Abbildung 3 beschreibt kurz die verschiedenen Schritte des QD-Technologie für die In-vivo-Diagnose von Krebs.  | Abbildung 2. Multifunktionale QDs normalerweise für das Targeting Tumorzellen eingesetzt werden. QDs konjugiert sind, um verschiedene Affinitätsliganden (Peptid-Antikörper, Inhibitor, Drogen etc.) spezifisch für die Tumorzelle Biomarker. |  | Abbildung 3. Verschiedene Schritte bei der Beschäftigung QDs für in-vivo-Diagnose von Krebs. (A) Bildung von QD Biokonjugate, (b) Die intravenöse Injektion von QD Biokonjugate in Maus, (c) aktives Targeting von Tumorzellen durch QD Biokonjugate. |
Blinkt Verhalten von Quantum Dots Nirmal et al. [65] entdeckt zum ersten Mal, dass QDs eine blinkende Verhalten dh intermittierende on-off-Emission auf einer kontinuierlichen Anregung, die Auger-Ionisation zugeschrieben wurde, zeigt [65-66]. Das Prinzip dieses Verhalten ist nicht gut, auch heute verstanden wird. Aber es ist ein Anliegen nur dann, wenn ein Signal von einzelnen QD bei der Analyse, wie die Durchflusszytometrie Anwendungen erforderlich ist. In solchen Fällen kann es möglich sein, dass die Emission der einzelnen QD könnten ausgeschaltet werden durch "Blinken" was zu den fehlenden des Signals am Detektor. Aber in der Regel in den meisten Anwendungen wie in zellbasierten Assays, gibt es mehr als einen QD beteiligt und auch wenn einige QDs blinken, andere geben Signal für den endgültigen Nachweis und somit kein Signal von dem Detektor wird uns fehlen. Eine Möglichkeit, entgegen den reduzierten Quantenausbeute durch Blinken ist eine Hülle aus wenigen Atomlagen aus einem Material mit einer größeren Bandlücke auf der Oberseite des QD Kern wachsen. Einfluss von Oberflächen-Funktionalisierung auf die optischen Eigenschaften von Quantenpunkten Grundlegende Untersuchungen haben ergeben, dass Lumineszenz von QD sehr empfindlich auf die Funktionalisierung von Oberflächen Verfahren ist als die Wechselwirkungen des Moleküls mit der QD-Oberfläche verändern die Oberfläche Ladungen auf der QD [67]. Aber viele der QD basierter Mess-Anwendungen basieren auf der Veränderung der Fluoreszenz von QD nach der Wechselwirkung des Zielanalyten Moleküle mit den Biomolekülen auf der QD-Oberfläche funktionalisiert basiert. Es wurde auch berichtet, dass die Funktionalisierung der Oberfläche von QDs ihre Löslichkeit verbessert. Aber es könnte ihre Quanteneffizienz sowie zu reduzieren. Dies hat im Falle der meracptoacetic säurebehandelte QDs, wo die Quanteneffizienz drastisch reduziert wurde [7, 63] demonstriert. Aber Protein funktionalisierte Quantenpunkte neigen dazu, ihre Quanteneffizienz behalten und bieten längere Haltbarkeit. Sie können auch weiter mit mehreren funktionellen Gruppen werden [7] ohne Verminderung ihrer Quanteneffizienz funktionalisiert. Measurement System zur Beobachtung und Verfolgung Quantenpunkte Einzelne QDs beobachtet und für eine größere Zeitdauer verfolgt werden bis zu ein paar Stunden mit der konfokalen Mikroskopie, Totalreflexion Mikroskopie oder Epifluoreszenzmikroskopie. Das Schema der Fluoreszenz-Bildgebung beschäftigt QDs als Etiketten und ihre Messung durch Gao et al. [68] und So et al [69]. Gao et al. beschäftigt eine Ganzkörper-Makro-Beleuchtungssystem mit der Wellenlänge aufgelösten Spectral Imaging, die eine hohe Empfindlichkeit Erkennung von molekularen Zielstrukturen in vivo ermöglicht. So et al. Ebenfalls verwendet die Wellenlänge aufgelösten Spectral Imaging System mit Software, die getrennt Autofluoreszenz von Quantenpunkt-Signale. Aktive und Passive Quantum Dot Targeting-Mechanismen QD Biokonjugate können Tumoren in vivo werden sowohl durch aktive und passive Targeting-Mechanismen geliefert, obwohl die passive Targeting ist viel langsamer und weniger effizient als aktives Targeting. In der passiven Zielmechanismus sammeln QD Biokonjugate bevorzugt an Tumor-Websites durch erhöhte Permeabilität und Retention-Effekt [70-72]. Dieser Effekt lässt sich auf die Tatsachen, dass angiogenen Tumoren (i) zu produzieren vascular endothelial growth Faktoren, die verantwortlich für die erhöhte Permeabilität, (ii) das Fehlen einer effektiven Lymphdrainage-System, das in QD Biokonjugate Anhäufung Ergebnisse sind zurückzuführen. Auf der anderen Seite, in der aktives Targeting-Mechanismus, sind Antikörper-konjugierten QDs eingesetzt, wo die Antikörper auf ihre spezifischen Tumor-Biomarker wie Prostata-spezifischen Membran-Antigen auf den Tumorzellen am Zielort wird befestigt. Deep Tissue Imaging-Anforderungen Es hat sich gezeigt, dass tiefe Gewebe-Imaging die Verwendung von weit roten und nahen infraroten Lichts [73] erfordert. Dies erfordert den Einsatz von Nah-Infrarot-emittierenden QDs, um den Tumor Imaging Empfindlichkeit als die wichtigsten Absorptionsmaxima von Blut und Wasser [74] in dieser Region nicht stören würde, zu erhöhen. Entfernung von Quantum Dots aus lebenden Zellen Die Clearance von QDs von den lebenden Tieren und ihren Stoffwechsel erfordert eine sorgfältige Aufmerksamkeit und eingehende Studie, bevor die Technologie in den Menschen für die Diagnose und Behandlung von Krebs eingesetzt werden können. Der einzige Weg, Abstand von geschützten QDs aus dem Körper durch langsame Filtration und Ausscheidung über die Niere als chemische oder enzymatische Abbau ist höchst unwahrscheinlich. Mögliche Anwendungen von Quantum Dots in Disease Diagnose und Behandlung Naher Zukunft werden viele potenzielle Anwendungen von QDs im Bereich der Diagnose von Krankheiten und die Behandlung auf die jüngsten Fortschritte in der QD-Technologie und das große Interesse der Forscher basieren. Konjugation von Biomolekülen zu Quantum Dots Verschiedene kovalente und nichtkovalente Strategien (wie in Abbildung 4 dargestellt) haben zur Konjugation Biomoleküle wie Proteine und Antikörper gegen die QDs entwickelt worden. Biomoleküle kovalent gebunden sein Einsatz als Vernetzer [1, 6, 8, 17, 38, 44, 64, 75-77], die Vernetzung der funktionellen Gruppen wie-COOH,-NH 2 oder-SH auf dem QD-Oberfläche auf die funktionellen Gruppen auf der Biomoleküle. Nun zu Tage, werden verschiedene Konjugation chemie ist für die Änderung von Biomolekülen, um die erforderliche funktionelle Gruppen aufweisen.   | Abbildung 4. Verschiedene Strategien zur Konjugation Antikörper / Proteine QDs. |
Strategien zur Biomoleküle ändern Eine Strategie beschäftigt N-Ethyl-N '- (3-diethylaminopropyl) Carbodiimid (EDC) als heterocrosslinker, die Carboxylatgruppe des QDs Querverbindungen zum Amin-Gruppe der Proteine. Diese Methode erfordert keine chemische Modifizierung der Proteine als die meisten Proteine primäres Amin enthalten. Eine andere Strategie ist auf die aktive Ester Maleimid-vermittelte Kupplung von Amin-und Sulfhydryl-Gruppen. Aber diese Methode hat eine Einschränkung, dass die freien Sulfhydrylgruppen, die instabil in Gegenwart von Sauerstoff sind, sind selten in heimischen Biomolekülen gefunden. Kürzlich Pellegrino et al. [46] eingesetzt voraktiviert amphiphilen Polymers mit mehreren Anhydrideinheiten, die hoch reaktiv gegenüber primären Aminen sind, zur Bindung von Proteinen an QDs. Diese Methode hat mögliche Anwendungen für die Herstellung nachhaltig Drug-Delivery-System als Polyanhydride biologisch abbaubare Polymere sind. Aber Strategien für die präzise gesteuert und orientiert Bindung von Biomolekülen an QDs hat noch nicht viel erforscht. Goldman et al. [78] verwendet ein Fusionsprotein für die Bindung Immunglobulin G (IgG) auf QDs. Das Fusionsprotein war ein positiv geladenes Leucin-Zipper-Domäne, die elektrostatisch an die negativ geladenen QDs und ein Protein G-Domäne, der konstanten F c Region von IgG damit Verlassen des F (ab ') 2 Region kostenlos für Antigenbindung gebunden ist. Eine Technik, auf die Ausrichtung der Ni-Nitriloessigsäure Einheiten gegen Hexahistidin Motive, wie im Falle von Farbstoffen eingesetzt basiert [79], kann für die Bindung Hexahistidin-markierten Biomolekülen zu QDs mit Nickel-Nitrilotriessigsäure (Ni-NTA) werden als Komplexbildner eingesetzt agent. Gao und seine Gruppe am Emory University , USA an der Entwicklung dieser Technik, die Vorteile in Bezug auf kontrollierte gerichtete Bindung von Biomolekülen, kompakte Sonde Größe und niedrigen Produktionskosten hätte arbeiten. Streptavidin-Biotin-Bindung Strategie könnte auch für die Bindung von Biomolekülen an QDs verwendet werden, Streptavidin-beschichteten QDs im Handel erhältlich sind und kann leicht konjugiert biotinylierten Biomolekülen [13, 38, 55, 59, 80]. Verschiedene Biokonjugation Strategien für QDs sind in Abbildung 4 dargestellt. Effects of Quantum Dots über die biologische Funktionen von Biomolekülen Es hat sich gezeigt, dass in vielen Fällen die Konjugation von Biomolekülen an QDs ändert nicht die Bindungsfähigkeit der Biomoleküle auf ihre spezifischen Rezeptoren [6, 8-9, 13, 17, 38, 55, 58-59 64, 76 - 77, 80-81] und ihre biologische Funktion. Kloepfer et al [77] beobachteten, dass die Konjugation von QDs an Transferrin hatte keinen Einfluss auf die Funktion von Proteinen. Dahan et al [82] beobachteten auch, dass die Bindung von QDs an Membran-gebundenen Rezeptoren keinen Einfluss auf das Diffusionsverhalten der Rezeptoren in Membranen hatten. Allerdings gibt es einige Berichte, dass QDs die biologischen Funktionen von Biomolekülen wie die Bindungsaffinität des Neurotransmitters Serotonin zu Serotonin-Transporter-Proteine [14] beeinträchtigen könnten. Dies kann aufgrund der sterischen Hinderung der QDs. Detaillierte Studien sind erforderlich, um die möglichen Auswirkungen der QDs auf die biologischen Funktionen von Biomolekülen zu untersuchen. Advances in Quantum Dot Technologie für die Diagnose von Krebs In den frühen Stadien wurden QDs für mehrere Imaging-Anwendungen an Stelle von organischen Farbstoffen verwendet. Aber das enorme Potenzial dieser Materialien wurde realisiert, wenn es wurde beobachtet, dass sie auf emittierende intensiver fluoreszierendes Licht für Wochen aufbewahrt. Dies war ein wichtiger technologischer Fortschritt für die mikroskopische Bildgebung, die in der Entfaltung vielen zellulären Prozessen beigetragen. In den nachfolgenden Phasen der Entwicklung, entwickelten die Forscher ein großes Interesse an der QD-Technologie und begonnen zu prüfen, ihre Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Verschiedene QDs aus dem gleichen Material, aber unterschiedlicher Größe zusammengesetzt worden waren, die können verschiedene Farben nach Aktivierung durch Licht einer einzigen Wellenlänge zu erzeugen. Es wurde dann gezeigt, dass QDs mit Biomolekülen wie Antikörpern markiert, Peptide etc. eingesetzt werden können, um bestimmte Moleküle auf der Zelloberfläche oder im Inneren der Zelle erkennen. Quantum Dot-Peptid-Konjugaten zeigen, um Tumorzellen Ziel Die Verwendung von QD-Peptid-Konjugate zur Tumor Gefäßsystemen in vivo Ziel wurde von Akerman und Mitarbeitern berichtet [58]. Sie beschäftigten ZnS-CdSe QDs und zeigte den Targeting-Funktionen von QDs mit verschiedenen Peptiden beschichtet. QDs mit einem Lungen-Targeting-Peptid in den Lungen der Mäuse nach intravenöser Injektion angesammelt beschichtet. Das Peptid wurde die Membran Dipeptidase auf den Endothelzellen in Blutgefäßen Lunge gebunden. Im zweiten Fall erhielt QDs mit einem Targeting-Peptid beschichtet, um die Blutgefäße und Tumorzellen in bestimmten Tumoren gebunden. Im dritten Fall bekam QDs mit einem Targeting-Peptid beschichtet, um Lymphgefäße und Tumorzellen gebunden. Die Gruppe zeigte auch, dass die Zugabe von PEG auf die äußere Beschichtung der QDs verhindert nichtselektiven Ansammlung von QDs in retikuloendothelialen Gewebe. Quantum Dots leben können Breast Cancer Cells identifizieren Ein Forscherteam von Quantum Dot Corporation und Genentech erwies sich das Potential der QDs zu leben Brustkrebszellen zu identifizieren [38], die wahrscheinlich zu einer Anti-Krebs-Medikament reagieren. Sie beschäftigten QDs verknüpft Immunglobulin G (IgG) und Streptavidin an Her2 Krebsmarker auf der Oberfläche von Live-Brustkrebszellen und untersuchten auch die QD-Technologie für die gleichzeitige Kennzeichnung von Her2 auf der Zelloberfläche und in den Kern-Label. Die Forscher gleichzeitig zwei zellulären Targets mit einer einzigen Anregungswellenlänge damit zeigen, dass verschiedenfarbige QDs dh QDs unterschiedlicher Größe, aber gleichen Materialien nachgewiesen werden konnten zusammen verwendet werden, um verschiedene Teile einer einzigen Zelle was zu Multiplex-Zielerfassung zu unterscheiden. Multifunktionale Quantum Dots gleichzeitig Ziel-und Bild-Tumoren in lebenden Tieren Gao und Kollegen berichteten multifunktionale QDs für die gleichzeitige Ausrichtung und Bildgebung von Tumoren in lebenden Tieren [68]. Hochstabile QD-Konjugat wurde aus einem amphiphilen Triblockcopolymer (für in vivo-Schutz) gemacht, Targeting-Liganden (für die Tumor-Antigen-Erkennung), und mehrere PEG-Moleküle (für eine verbesserte Biokompatibilität und Kreislauf). Die in vivo Verhalten des QD-Sonden wurde durch Gewebeschnitte Mikroskopie und Ganztier-Spectral Imaging überwacht. QD-Konjugate wurden intravenös in Mäuse injiziert. Es wurde beobachtet, dass sie bei der anvisierte Tumor Websites durch passives Targeting-Mechanismus, durch den undichten Natur der Blutgefäße von Tumoren und aktive Targeting-Mechanismus, durch das Zusammenspiel von QD-Konjugat mit Tumor-spezifische Antikörper mit dem Tumormarker beschichtet angesammelt. Gao und Kollegen auch QDs eingesetzt, um bestimmte Zellen in Kultur zu bezeichnen, und es wurde beobachtet, dass in einem kleinen Zeitraum, QDs in den Zellkernen angesammelt. So können die behandelten Zellen mit QDs im Inneren des lebenden Tieres, nachdem er aufgrund ihrer Fluoreszenz geimpft verfolgt werden. Near Infrared Quantum Dots für Sentinel Lymph Node Mapping Kim und Mitarbeiter [34] untersucht den Nutzen des Einsatzes Nah-Infrarot-QDs Emission bei 850 nm für die Sentinel-Lymphknoten-Mapping, eine wichtige Verfahren für den Nachweis von Roaming-Krebszellen in den Lymphknoten am nächsten an der betroffenen Organs. QDs intradermal in lebenden Mäusen injiziert wurden, in Echtzeit sogar bis zu 1 cm unter der Haut in der Sentinel-Lymphknoten gefolgt. Diese Entwicklung war ein großer Durchbruch, als die Größe des Einschnitts erforderlich, um die Sentinel-Lymphknoten zu entfernen, ohne die Verwendung von radioaktiven Markierungen reduziert wurde. Forscher versuchen, QDs für die Behandlung von Krebs verwendet werden. Eine Möglichkeit ist die Bestrahlung von QDs durch X-rays/infrared Licht, die Wärme, um den Tumor und Apoptose auslösen / programmierten Zelltod würde. Quantum Dots für Multiplex-Analyse Die Fähigkeit der QDs für Multiplex-Analyse von vier Toxine wurde von Goldman gezeigt und Mitarbeiter [83] mit vier verschiedenen QDs mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen in einem Sandwich-Immunoassay mit einem einzigen Anregungsquelle. Ebenso wurden zwei spektral unterschiedlichen QDs von Makrides und Mitarbeiter [84] für den Nachweis von zwei Proteine in einem Western-Blot-Assay verwendet. Die Multiplex-Ansatz würde von größter Bedeutung bei der Erkennung von verschiedenen Krebs-Biomarker präsentieren auf dem angepeilten Tumor sein. Selbstleuchtende Quantenpunkte für in vivo Imaging Kürzlich wurde es von Jianghong Raos Gruppe gezeigt Stanford Universität dass selbstleuchtende QD-Konjugate (QD-Luc8) haben potenzielle Anwendungen für in-vivo-Bildgebung [69]. Die Gruppe entwickelte einen Acht-Mutation Variante des Renilla reniformis Luciferase (Luc8), die stabiler im Serum und verbesserte katalytische Effizienz. Luc8 war konjugiert Polymer-beschichtete CdSe / ZnS Kern-Schale-QD 655 für machen selbstleuchtende QD-Konjugate beschäftigt 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimid Hydrochlorid (EDC) Vernetzer. So wurden die QD-Konjugate gebildet selbstleuchtende, wie sie durch Biolumineszenz-Resonanz-Energie-Transfer (BRET) in Abwesenheit von externen Anregung leuchten. BRET ist ein Prozess, bei dem Energie nicht strahlend von einem Licht-emittierende Spender Protein wie R. übertragen reniformis Luciferase auf einen Akzeptor fluoreszierende Protein in der Nähe [69, 85-87]. Es resultierte in stark erhöhte Empfindlichkeit in Kleintierbildgebung Vergleich zu den bestehenden QDs. Einer der größten Vorteile von QDs für in-vivo-Bildgebung ist, dass ihre Emissionswellenlängen in der Nah-Infrarot-Spektrums kann durch die Anpassung ihrer Größe eingestellt werden, wodurch sich photostabil Fluorophore sehr stabil in biologischen Puffer. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass tiefe Gewebe optische Bildgebung am besten in Nah-Infrarot-Spektrum, wie die Rayleigh-Streuung nimmt mit zunehmender Wellenlänge und die wichtigsten Chromophoren in Tieren, dh Hämoglobin und Wasser lokalen Minima haben in Absorption in diesem Spektrum. Antikörper gegen das Krebs-Biomarker zu erkennen waren, die QD-Luc8 Komplex mit EDC gebunden. Die daraus resultierende QD-Luc8-Antikörper-Komplex gebildet wurde in einem krebsartigen Maus intravenös über die Schwanzvene für den Nachweis von Biomarkern injiziert. Die Maus wurde dann narkotisiert und in die lichtdichte Kammer. Anschließend, nach ein paar Minuten wurde das Substrat für Luc8 dh Coelenterazin intravenös injiziert und die In-vivo-Biolumineszenz Bilder aufgenommen wurden. Quantum Dot Based Drug Delivery System zur Krebs-Target Shuming Nie und Mitarbeiter [35] modifiziert das ursprüngliche CdSe mit einer undurchlässigen Beschichtung von Polymeren, die ein Auslaufen verhindert hochgiftige Cadmium-Ionen aus dem QD-Konjugat und ein Mittel, um chemisch befestigen Tumor-Targeting-Moleküle und Drug-Delivery-Funktionalität, um die QD QD Konjugat. Die Gruppe ist auf die Entwicklung eines Drug-Delivery-System gezielt an den Krebszellen arbeiten. Es entwickelt QDs konjugierten Peptide oder Antikörper gegen menschliche Tumorzellen wachsen in Mäusen Ziel. QDs würde zu strahlen im infraroten Bereich abgestimmt werden, um Gewebeschäden aus der QDs Energie-Emissionen zu verhindern. QDs konjugierten Peptid / Antikörper, die spezifisch gegen den Tumor-Marker auf der Oberfläche der Krebszellen würden getroffen, um das Medikament nur, wenn sie mit Laserlicht getroffen freizugeben. Dies würde es ermöglichen die Kontrolle über die Zellen, die das Toxin erhalten und minimiert so Nebenwirkungen. Es gibt auch die laufenden Bemühungen der Gruppe um die Wellenlänge der Fluoreszenz der QDs über 900 nm zu verlängern, da es kaum Biomoleküle, die oberhalb dieser Wellenlänge emittieren. Aktueller Stand der Spielen Heute mit Hilfe von QD-Technologie sind Krebsforscher in der Lage unter Berücksichtigung der grundlegenden molekularen Ereignisse, die in den Tumorzellen. Dies wurde möglich durch die Verfolgung der QDs in verschiedenen Größen und damit verschiedenen Farben, getaggt mit mehreren verschiedenen biomoleules, in vivo durch Fluoreszenz-Mikroskopie. QD-Technologie birgt ein großes Potenzial für Anwendungen wie in der Nanobiotechnologie und der medizinischen Diagnostik, wo QDs als Etiketten verwendet werden könnten. Aber immer noch der Einsatz von QDs beim Menschen erfordert umfangreiche Forschung zu den langfristigen Auswirkungen der Verabreichung QDs zu bestimmen. Zukünftige Anwendungen von Quantum Dots in Krebsdiagnose und-behandlung Forscher haben die Erforschung der QDs gerade aus den letzten zwei Jahrzehnten begonnen. Das Feld ist noch in den Kinderschuhen, aber es hat Wissenschaftler und Ingenieure aufgrund der einzigartigen optischen und elektronischen Eigenschaften von Quantenpunkten fasziniert. QDs revolutioniert haben auf dem Gebiet der molekularen Bildgebung. Die kommenden Jahre sehen würde ihre Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Bereichen. Einer der wichtigsten Bereiche der Auswirkungen ist sicherlich die intrazelluläre Bildgebung an lebenden Zellen. Die Technologie wird neue Einblicke in das Verständnis der Pathophysiologie von Krebs und in der Bildgebung und Screening-Tumoren. QDs wird definitiv eine der Komponenten von der angestrebten multifunktionalen Nanomaschinen, dass erkranktes Gewebe zu erkennen, bieten die Behandlung der Fortschritte in Echtzeit werden kann. |
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