导读 该综述全面系统性地介绍了QDs在BTE中的最新进展，展示了其在促进骨再生、成像、药物递送、抗菌策略、光疗和骨免疫等方面的潜力 量子点（Quantum Dots，简称QDs）是一类具有独特光学和电子性质的纳米晶体。QDs领域犹如璀璨的星辰，四十年来在科学的天空中不断闪耀，而2023年诺贝尔化学奖的颁布更让QDs技术在科学研究中如启明星一般照耀科研之路。不单单在化学领域，QDs能够通过精确控制大小、形状和表面特性，从而在细胞标记、药物递送以及组织工程中发挥重要作用。QDs已在很多组织工程（如皮肤组织工程）中有系统研究，但在骨组织工程（Bone Tissue Engineering，简称BTE）中的研究尚不完善。
        基于此，上海大学转化医学研究院/上海交通大学医学院附属新华医院苏佳灿教授团队近日在期刊《Materials Today Bio》上发表题为“Quantum Dots for Bone Tissue Engineering”的文章。上海大学/上海交通大学苏佳灿教授、上海大学白龙副研究员与新华医院副主任医师沈浩为文章共同通讯作者，课题组成员丁宁硕士为文章第一作者。该综述全面系统性地介绍了QDs在BTE中的最新进展，展示了其在促进骨再生、成像、药物递送、抗菌策略、光疗和骨免疫等方面的潜力，并探讨了将这些纳米材料与人工智能（AI）技术结合以构建骨类器官的前景（图1）。
       

       

图1 量子点在骨组织工程中的应用概述

首先，作者提出QDs自1981年被发现以来，经历了显著的发展（图2）。最初由Alexey Ekimov和Louis Bruce在玻璃基底和胶体溶液中发现，随后通过选择性化学合成方法制备出硫化镉纳米晶体。这一发现为QDs的研究奠定了基础。随着时间的推移，QDs技术不断进步，并在2023年荣获诺贝尔化学奖，凸显了其在科学界的重要地位。QDs的分类和合成方法多样，包括根据几何形状、材料成分和结构类型进行的分类，以及自上而下和自下而上的合成策略，这些方法为QDs在纳米技术和生物医学领域的应用提供了广阔的可能性。
        图2 量子点发展简史 其次，作者说明了QDs因其独特的光电子特性和电子效应，在生物医学领域展现出广泛的应用潜力（图3）。QDs作为生物标记物，在早期诊断和疾病监测中发挥重要作用，其高亮度和光稳定性使其能够高效地检测疾病标志物，提升了诊断的灵敏度和特异性。此外，QDs具有独特的光电子特性，在光激发下能够产生活性氧物种。这使得它们不仅可以被用于标记和成像，还能作为治疗工具，例如在癌症治疗中通过光敏剂的作用来杀死肿瘤细胞，或者通过抑制病原体的生长来应对感染性疾病，为非侵入性治疗提供了新的可能性。此外，QDs作为药物载体，利用其可调控的尺寸和表面修饰特性，能够实现精准的靶向药物递送。这种能力不仅能够提高药物的生物利用度和疗效，还可以减少药物对正常组织的副作用，进一步扩展了QDs在生物医学中的应用范围。如此可见，QDs在BTE中的应用前景十分广阔。 图3 量子点在骨组织工程中的应用潜力 之后作者对QDs在BTE中展现的巨大潜力进行了综述。基于间充质干细胞，QDs与成骨细胞的相互作用，通过影响一些与成骨息息相关的胶原（Col 1）、细胞因子（TGF-β）、细胞蛋白（BMPs）和转录因子（Runx2）等实现细胞的自我更新和分化，从而在骨组织修复和再生中发挥作用。QDs的独特光学特性也使其能够实时动态监测生物材料在体内的降解行为和新骨形成，这对于优化治疗方案、预防潜在并发症和提高治疗成功率至关重要。QDs还可以作为光疗剂和抗菌剂，治疗骨类疾病并对术后感染作出贡献。此外，QDs在BTE中的应用还包括促进药物递送和骨免疫调节。它们可以作为纳米载体实现靶向药物递送，提高药物的疗效并减少副作用。还能调控巨噬细胞的极化状态，改善骨免疫微环境，促进骨组织修复和再生。
        最后，作者讨论了QDs在BTE中应用中会面临的机遇与挑战（图4）。AI技术和骨类器官技术通过赋能量子点应用过程中涉及的高分辨率成像、药物筛选和生物传感，促进其对骨组织发展和疾病机制的深入理解。虽然骨类器官和AI辅助QDs的联合会使BTE的发展达到一个新高度，但QDs在临床应用中仍需克服生物相容性和尺寸一致性的挑战。未来研究需要解决这些关键问题，确保QDs的安全性和有效性，从而推动其在BTE临床试验中的应用。
       

图4 AI和骨类器官技术赋能的量子点在骨组织工程中应用展望