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镉基量子点（QDs）对人类健康威胁渐增，其对神经系统影响关键却未明晰。研究人员用小鼠胚胎干细胞（mESCs）研究 CdSe/ZnS QDs 的神经发育毒性。结果发现其经铁死亡损害 mESCs 神经分化，铁死亡抑制剂可缓解。该研究助力评估风险、开发安全纳米材料。
在当今科技飞速发展的时代，纳米材料如量子点（QDs）广泛应用于电子、生物技术等诸多领域。量子点是一种半导体纳米材料，通常由 II - VI 或 III - V 族元素组成，像常见的硫化镉、硒化镉（CdSe）或碲化镉等作为核心，再包裹硫化锌（ZnS）外壳，外面还有有机聚合物来提升生物相容性。它具有高光稳定性、高亮度以及窄且可调节发射光谱等卓越光学特性。
然而，镉基量子点潜在的毒性问题却不容忽视。镉是重金属，在生态系统中容易累积并进入生物系统，干扰生物过程，引发氧化应激、炎症反应，甚至致癌。量子点可经皮肤、血液、呼吸道、消化道等多种途径进入人体，进而产生生殖发育毒性、肝毒性、肺毒性和神经毒性等。尤其值得关注的是，胎儿时期受到环境毒素影响可能会导致成年后患上慢性疾病，神经毒性物质不仅会影响成人的神经功能，还可能干扰早期神经发育过程，造成终身的神经损伤。此前已有研究表明，CdTe/ZnS QDs 能使大脑中的小胶质细胞极化，引发炎症级联反应，导致神经元损伤，产生神经毒性；长期接触镉还会破坏类脑器官和人类大脑发育三维模型中的神经发育。
但目前对于 CdSe/ZnS QDs 对神经发育的潜在影响及作用机制仍知之甚少。同时，铁死亡作为一种铁依赖的程序性细胞死亡方式，与神经发育毒性密切相关，它和多种神经退行性疾病以及神经发生受损有关。不过，CdSe/ZnS QDs 是否通过诱导铁死亡引发神经发育毒性尚不明确，这一问题亟待深入研究。
为了解开这些谜团，研究人员基于小鼠胚胎干细胞（mESCs）的神经分化建立模型系统，对 CdSe/ZnS QDs 的神经发育毒性及潜在机制展开研究，重点聚焦铁死亡这一关键环节。该研究成果发表在《Environmental Pollution》上，为深入了解这些人工合成纳米颗粒对神经发育的潜在风险提供了新视角，也进一步揭示了量子点诱导神经毒性的分子机制，为评估新兴纳米材料的安全性及其对神经发育的影响开辟了新途径。
研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。首先，使用荧光分光光度计对 CdSe/ZnS QDs 的光致发光特性进行表征，获取不同激发波长下的荧光光谱；还利用透射电子显微镜对其进行观察分析 。此外，以 mESCs 的神经分化为模型系统，探究 CdSe/ZnS QDs 对神经发育的影响。
1. CdSe/ZnS QDs 的理化性质表征
研究使用的 CdSe/ZnS QDs 购自中国上海的兴子新材料技术开发有限公司，其水溶液原液浓度为 5mg/mL。通过荧光分光光度计和透射电子显微镜对其进行表征，结果显示该量子点溶液无色，分散均匀，胶体稳定性强，在紫外线照射下会发出红色荧光，在 360 - 560nm 激发波长范围内可获得相应的荧光光谱。
2. CdSe/ZnS QDs 对 mESCs 神经分化的影响
研究发现，暴露于 CdSe/ZnS QDs 会损害 mESCs 的神经分化。研究人员将 mESCs 暴露在不同浓度的 CdSe/ZnS QDs 中，观察神经分化相关指标的变化。结果表明，随着 QDs 浓度增加，神经分化标志物的表达显著降低，这意味着神经分化过程受到抑制。
3. CdSe/ZnS QDs 诱导铁死亡
CdSe/ZnS QDs 可被细胞内化，即使经过 24 小时清除期，仍有相当一部分留在细胞内。纳米颗粒内化会导致细胞内活性氧（ROS）/ 丙二醛（MDA）显著升高、线粒体去极化以及细胞内铁过载，这些变化共同触发了铁死亡。研究人员通过检测细胞内 ROS、MDA 水平，观察线粒体膜电位变化和细胞内铁含量，证实了这一过程。
4. 铁死亡对三羧酸（TCA）循环及神经分化的影响
铁死亡会导致三羧酸（TCA）循环功能障碍，进而影响神经分化。当使用铁死亡抑制剂后，TCA 循环受到的干扰得到缓解，神经分化也得以恢复。研究人员分别在添加和不添加铁死亡抑制剂的情况下，检测 TCA 循环相关酶的活性以及神经分化标志物的表达，验证了这一关系。
5. 铁死亡在纳米颗粒诱导细胞死亡中的普遍性
研究还发现，铁死亡是纳米颗粒引发细胞死亡的一种常见形式，这表明在评估纳米材料安全性时，铁死亡这一因素需要被重点考虑。研究人员通过对多种纳米颗粒进行实验，观察细胞死亡方式，得出了这一结论。
研究表明，CdSe/ZnS QDs 通过诱导铁死亡干扰 mESCs 的神经分化，这一过程与细胞内 ROS/MDA 升高、线粒体去极化、细胞内铁过载以及 TCA 循环功能障碍密切相关。铁死亡抑制剂能够缓解 CdSe/ZnS QDs 对 TCA 循环的干扰并恢复神经分化，同时铁死亡是纳米颗粒诱导细胞死亡的常见形式。
该研究的意义重大，它首次揭示了 CdSe/ZnS QDs 诱导神经发育毒性与铁死亡之间的联系，为深入理解量子点的神经毒性机制提供了关键线索。这不仅有助于评估 CdSe/ZnS QDs 在神经学领域的安全性，也为开发更安全的生物医学纳米材料提供了理论依据。同时，研究铁死亡在纳米颗粒诱导细胞死亡中的普遍性，为评估新兴纳米材料的安全性提供了新的视角和方向，对推动纳米材料在生物医学领域的安全应用具有重要的指导意义。
