穿越血脑屏障是治疗应用中常见的挑战。它也越来越被认为是成像应用的挑战。在不远的将来，治疗和成像应用可能能够更好地克服这一挑战——前提是新的、使能的技术能够如预期那样发挥作用。一种这样的技术是碳纳米颗粒技术。
具有核-壳结构且直径小于10nm的碳纳米粒子具有多种有用的特性。它们包括超小尺寸、可调光致发光、各种表面功能、高水分散性和生物相容性。通过利用这些特性，一家名为C-DotsNanotech的小公司正在努力改进药物输送和生物成像。
用于成像的神经元靶向
“我们有特定类型的碳纳米颗粒，称为C-Dots，以神经元为目标，”C-DotsNanotec高级科学家兼生产经理ElifS.Seven博士说。“C-Dots穿过血脑屏障并在神经元中积聚”，从而实现成像应用。另一种方法是使用染料;然而，适合体内或体外成像的染料相对较少。
七还提出了C-Dots如何促进药物输送。“我们可以通过非病毒方式将小分子传递给神经元，”她告诉GEN。根据Seven的说法，该技术刺激的免疫反应很小或检测不到。
C-Dots可能被证明在抗癌药物的输送中特别有用。“我们可以通过将靶向配体连同化疗药物(单独或组合)附加到C-Dots上来定制药物输送平台，以实现精确靶向，”Seven解释说。“我们已经证明，当两种不同的化疗药物与C-Dots以及转铁蛋白结合时，会对胶质母细胞瘤细胞系产生协同抗癌作用。”C-DotsNanotec一直在内部研究胶质母细胞瘤和神经母细胞瘤，并确定了最适合某些情况的C-Dots类型。该公司还与外部研究人员合作开发用于其他癌症的碳点。
Seven指出，在最近一项针对神经母细胞瘤的研究中，确定了一种特定类型的C-Dot，它显示出“显着的内在抗癌特性，同时对健康细胞系的毒性最小。”当C-DotsNanotec测试C-Dots对抗七种或八种癌细胞系时，该公司发现C-Dots杀死了一种具有特定突变的细胞系。正在计划进行更多研究以探索这种能力。
纳米点不是量子点
虽然C-DotsNanotec的技术看起来很有前途，但该公司的工作仍处于临床前阶段。这是行业的标准。尽管在大约二十年前作为碳纳米管合成的产物被发现，但碳纳米点在生物制药领域通常未被充分认识。
碳纳米点
C-DotsNanotec开发的碳纳米点具有很强的光致发光性。此外，它们可以针对蓝色、红色、绿色和黄色光致发光以及中间色进行调谐。在这些图像中，公司碳纳米点的水分散体在室内光(左)和紫外光(右)下显示。
“碳纳米点经常与量子点混淆，”Seven指出。“碳纳米点是直径小于10纳米的球形纳米粒子。即使在纳米粒子世界中，它也非常小。而且与量子点不同，碳纳米点不含镉等有毒金属。”
碳纳米点表现出稳定性和低毒性。此外，如前所述，它们都具有高度生物相容性和高度光致发光性。它们可以针对蓝色、红色、绿色或黄色光致发光进行调整——或“介于两者之间的任何东西”，Seven评论道。通常，柠檬酸和尿素是前体，添加氮气可增强碳纳米点的发光。
“一般有两种综合类型：自上而下和自下而上，”小七继续说道。“我们可以使用小分子自下而上地构建点。对于自上而下，我们使用较大的碳基颗粒进行切割以制作圆点。”
她还解释了如何赋予C-Dots不同的靶向特性以增强药物输送：“特别是对于小分子，表面官能团的组成可能会根据其前体而有所不同。例如，由叶酸制成的C-Dots靶向叶酸受体，而由葡萄糖制成的C-Dots使用葡萄糖转运蛋白进入细胞。因此，它们有时会具有前体的特性。这就是为什么它们可以针对特定细胞。”
高水平的生物相容性和这些碳点能够到达其他模式无法轻易到达的地方的能力正在扩大它们的潜在应用。除了具有针对脑癌和神经退行性疾病的潜力外，C-Dots还可能针对胰腺癌和皮肤病。C-DotsNanotec可能会通过参与合作寻求更多应用。
C-DotsNanotec是少数开发这些碳纳米点的公司之一。七份报告中的这一观察结果已被C-DotsNanotec的竞争性研究证实。她补充说，根据光谱和其他产品特性，一些竞争对手的产品更像染料而不是碳点。
她宣称C-DotsNanotec可以提供高纯度水平并“保证批次间的再现性”。因此，研究人员可以使用一批C-Dots进行实验，然后通过使用其他批次的C-Dots进行实验来重现他们的结果。
专注于碳纳米点
C-DotsNanotec成立于2019年，是C-Dots的姊妹公司，C-Dots成立于2017年。两家公司均由迈阿密大学化学教授RogerM.LeBlanc博士共同创立。他围绕碳纳米点开发了多家公司，包括神经肿瘤学和神经退行性疾病领域的公司，以及皮肤病学、燃料添加剂和研发领域的其他公司。这些点也有农业应用。
“几年前我们创立C-DotsNanotec时，提供碳点的公司并不多，所以我们可能是市场上的第一家，”Seven说。“我们真的相信碳点是独一无二的。”
现在，C-DotsNanotec正在与佛罗里达大学、迈阿密大学和爱荷华大学的学术合作伙伴合作，它也有兴趣与企业合作伙伴合作。
将碳纳米点纳入研究项目非常简单，只需将它们与项目的小分子药物和/或肽进行化学结合，然后测量它们对递送效率的影响。“碳点就像催化剂，”Seven说。“作为添加剂，它们已被证明可以提高效率。”
Seven期待在两个激动人心的领域寻求应用：“一个当然是神经学，神经退行性疾病和肿瘤学是其中的一部分。第二种是喷气燃料。”提高燃油效率的应用程序可能会产生影响并相对较快地产生收入。
在新的利基市场蓬勃发展
碳纳米点产业仍处于起步阶段。“如果你不在这个领域，”Seven承认，“你很有可能从未听说过碳纳米点。”需要递送技术的研究人员可能会忽视它们。事实上，研究人员通常会选择更熟悉的技术，例如基于聚合物或脂质体的技术。
Seven认识到创建一个新市场将具有挑战性。尽管如此，她强调“越来越多的供应商和公司正在将碳点添加到他们的产品线中。”
位于佛罗里达州，远离传统的生物制药中心，是一个额外的挑战。当C-DotsNanotec参加麻省理工学院的创业研讨会时，位置问题就很明显了。“气氛是如此高涨和充满活力，”小七回忆道。“我们(与研究人员)做了很多，但如果我们是一家总部位于波士顿的公司，我们可能会做得更多。”她说，更糟糕的是，旅行受到大流行的限制。今年，C-DotsNanotec重新努力建立合作关系，以帮助公司从实验室工作过渡到临床试验。