综述：碳点在肿瘤学中的应用：用于诊断、靶向治疗和药物发现的多功能纳米平台

　　本综述系统阐述了碳点（CDs）作为一种新兴纳米材料在肿瘤诊断（如荧光/MRI成像）、靶向药物递送、基因治疗（siRNA/CRISPR）及光热/光动力疗法（PTT/PDT）中的多功能应用。重点分析了CDs通过表面功能化（如RGD肽、叶酸靶向）和独特光学特性（如近红外吸收、ROS生成）实现肿瘤特异性治疗的优势，同时指出其临床转化面临的合成标准化、毒性评估及规模化生产等挑战。

　　

碳点：从结构到生物医学功能

碳点（CDs）是一类直径小于10纳米的碳基纳米材料，由碳核心和表面官能团（如羟基、羧基）构成。根据结构差异，CDs可分为石墨烯量子点（GQDs）、碳纳米点（CNDs）和碳化聚合物点（CPDs）。其合成方法包括自上而下（如激光烧蚀）和自下而上（如水热法）策略，后者因使用生物质原料而更具环保性。表面功能化（如氮掺杂）和异原子修饰可调控CDs的光学特性及生物相容性，为其在肿瘤学中的应用奠定基础。

理化与功能特性

CDs的紫外-可见光谱在260纳米和345纳米处呈现特征吸收峰，分别对应π-π和n-π电子跃迁。其光致发光特性源于量子限域效应和表面态发射，可通过掺杂调控发射波长（从蓝光到近红外）。CDs还具有抗氧化活性（清除ROS/RNS）和低毒性特性，例如番茄源CDs在1000 ppm浓度下对正常细胞无显著毒性，但对肺癌细胞具有选择性抑制。此外，近红外吸收特性使其适用于光声成像（PAI），突破传统荧光成像的穿透深度限制。

生物成像应用

CDs作为荧光探针在肿瘤诊断中表现突出。例如：

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  叶酸功能化CDs可靶向叶酸受体高表达的癌细胞（如HeLa细胞），实现特异性荧光成像。

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  银包覆CDs构建的电化学发光传感器可检测低至10细胞/毫升的肿瘤细胞。

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  比率型荧光纳米传感器（如AS1411-Ce6-CDs）通过监测组织蛋白酶B（CTSB）活性动态追踪肿瘤进展。

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  葡萄糖-天冬氨酸源CDs可穿越血脑屏障，在脑胶质瘤模型中实现高分辨率肿瘤成像。

CDs在靶向药物递送中的应用

CDs凭借高比表面积和可修饰表面成为理想药物载体：

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  卟啉源CDs负载阿霉素（DOX）后在酸性肿瘤微环境中实现93%的药物释放，显著抑制乳腺癌细胞增殖。

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  透明质酸修饰CDs靶向CD44受体，在异种移植模型中提高肿瘤部位药物积累并降低系统毒性。

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  氮硫掺杂CDs递送AKT抑制剂capivasertib，使IC₅₀降低十倍并诱导凋亡。

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  阳离子Y15-CDs通过静电作用靶向细胞核，干扰DNA复制并选择性杀伤前列腺癌细胞。

针对中枢神经系统肿瘤，转铁蛋白功能化CDs可穿越血脑屏障，在儿科胶质瘤模型中增强阿霉素的疗效。

基因治疗中的非病毒载体

CDs作为非病毒载体用于基因编辑和沉默：

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  PEI修饰CDs携带siRNA靶向HER3受体，联合曲妥珠单抗增强乳腺癌细胞凋亡。

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  PEI-PEG-CDs通过被动扩散实现CRISPR/Cas9质粒的核定位，在HeLa细胞中高效编辑EFHD1基因，且细胞毒性低于商用转染试剂。

光热与光动力治疗应用

光热治疗（PTT）：

氮氧掺杂CDs在808纳米激光照射下光热转换效率达38.3%，完全消融小鼠皮下肿瘤而无系统毒性。锰配位CDs除产生热效应外，还可释放Mn²⁺激活树突细胞，协同免疫治疗。

光动力治疗（PDT）：

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  自供氧纳米平台（CDs-MnO₂）催化H₂O₂生成氧气，缓解肿瘤缺氧并增强单线态氧生成，联合PTT使肿瘤清除率达87.9%。

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  菠菜源CDs模拟过氧化物酶，催化H₂O₂产生活性氧，联合葡萄糖氧化酶消耗肿瘤葡萄糖，双重放大氧化应激。

转化前景与挑战

尽管CDs在药物发现中可改善候选化合物溶解性和实时追踪，但其临床转化仍面临以下挑战：

1. 1.

   合成标准化：前驱体和反应条件差异导致批次间性质波动。

2. 2.

   毒性评估：缺乏长期毒理学数据和统一评价体系。

3. 3.

   药代动力学：体内分布、清除机制及免疫原性研究不足。

4. 4.

   监管分类：CDs作为药物、器械或复合产品的监管路径尚未明确。

未来需通过跨学科合作优化合成工艺、建立标准化毒性模型，并推进早期临床试验，以实现CDs在精准肿瘤治疗中的全面应用。