纳米在医学研究中的应用

纳米在医学研究中的应用

1.进展

1.1在诊断方面的应用

在影像学诊断中,纳米粒可被广泛应用[1]。例如,静脉注射纳米氧化铁造影剂以后,氧化铁颗粒被血液带到身体的各部位,但只在肝脏和脾脏被网状内皮细胞吸收。恶性肿瘤组织仅含极少

量的网状内皮细胞,只能吸收少量氧化铁。纳米氧化铁造影就是利用正常组织和恶性肿瘤组

织之间的这种功能差别,显示出其对病灶诊断的特异性。由于纳米氧化铁在正常组织和肿瘤

组织的数量不同,会造成信号强度的差别,因此病灶与正常组织在磁共振图像上会有较大的对比。肝癌患者由于早期没有明显症状,一旦发现常已到晚期,难以治愈,因而早期诊断极为重要。

1.2在治疗方面的应用

1.2.1作为药物载体纳米材料在医学领域中的应用,最引人注目的是作为药物载体。纳米粒用作药物载体具有许多显著优点:靶向定位:载药纳米粒可作为异物而被巨噬细胞吞噬,在网状

内皮系统聚集,如给小鼠尾静脉注射载有抗艾滋病毒药物-叠氮胸腺嘧啶(AZT)的纳米粒后,在

其肝、脾、肺、骨髓、淋巴等靶部位的AZT浓度,比对照组(AZT水溶液)高5~18倍[2]。将磁

性纳米颗粒与药物结合,注入到人体内,在外磁场作用下,药物向病变部位集中,从而达到定向

治疗的目的,将大大提高肿瘤的药物治疗效果。张阳德等用放射性标记的阿霉素白蛋白磁纳

米粒进行肝癌治疗的研究,结果发现,在肿瘤区加磁场之后,肿瘤组织的放射活性为正常肝组

织的8.7倍。他们的研究还发现,在对照组没有磁场的条件下,肿瘤组织的放射活性也较正常

肝组织的放射活性高2.8倍,说明纳米粒本身对肿瘤组织有一定的选择性[2]。此外,将单克隆

抗体(McAb)共价交联或吸附到纳米粒表面,形成具有免疫活性纳米粒的研究也取得令人鼓舞

的体外试验结果,如阿霉素免疫磁性纳米粒的抗癌实验证明,由于兼具磁性和抗体的复合靶向功能,其杀伤癌细胞的特异性大大增强[3]。控制性释放药物:许多药物只有在特定的部位才能发挥其药效,同时它又易在体内被降解。用纳米材料将药物包被形成载药纳米粒,不仅可对药物进行保护,而且纳米粒因构建材料种类或配比不同而具有不同的释药速度,因此可制备出控制性释放药物的载药纳米粒。载药纳米粒到达靶部位时,药效损失很小,药物作用时间可延长。大量的研究工作证实,口服纳米囊可保护胰岛素不被酶破坏,提高胰岛素的降糖作用,皮下注

射胰岛素纳米囊,降糖作用可持续7d,3d1次给药的降糖作用可接近1d3次给药的常规胰岛素治疗效果。作为控释剂的聚乳酸的药效时间,药学家经过实验最长已经达到200d,一般也可以到1~2个月。载药量高:纳米粒的载药量一般大于30%。提高药物的吸收率:载药纳米粒可以

改变膜运转机制,增加药物对生物膜的透过性,有利于药物透皮吸收与细胞内药效发挥。如载带抗肿瘤药物阿霉素的纳米粒,可使药效比阿霉素水针剂增加10倍;由于载药纳米粒的粘附性及小的粒径,有利于药物滞留性的延长,增加药物与肠壁的接触时间与接触面积,提高药物口服吸收的生物利用率。

1.2.2直接用于治疗由于药物颗粒缩小时,药物与胃肠道液体的有效接触面积将增加,因此,缩小药物的颗粒尺度成为提高药物利用率的可行方法。纳米晶体技术可将药物颗粒转变成稳定的纳米粒子,以提高难溶性药物的药效。药物粉碎过程常会出现粒子间的相互作用力增加,为了避免纳米颗粒在粉碎过程中聚合,加工中一般将不溶的药物悬浮在含稳定剂和赋形剂的悬浮液中,深入研究的制粉技术已经能够将药物缩小到400纳米以下。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒用葡萄糖分子包裹后,注入肿瘤部位,使磁性纳米粒在癌细胞内浓缩,通电后癌细胞的温度可达到47℃,而慢慢死亡,周围的正常组织丝毫不受影响

2展望

把纳米技术与基因疗法结合起来是纳米医学的重要方向之一。在现有的基因治疗中,病毒是最常用的基因载体之一,但病毒DNA在人体内有复制的可能性,并且可能引起人体免疫系统的严重排斥反应,存在着安全问题。研究人员认为,可制成安全有效的纳米载体,将外源基因包入其中,以避免病毒的毒性和机体免疫系统对外源性物质的排斥反应。反义核苷酸在用于病毒感染和癌症的治疗中,其最大的缺点是易被降解和难进入细胞内,将反义核苷酸包裹在纳米囊内,可防止降解和使其易于进入各种细胞。DNA本身为纳米结构,利用纳米技术,通过在DNA 表面覆盖金属原子,可制成导电的DNA链。如将其制成DNA探针,杂交DNA所引起的变化会导致电导的改变,而计算机能够简单地通过测量电导的变化来识别DNA的异常。除此之外,导电DNA链还能用于筛选与DNA结合而发挥疗效的抗肿瘤药物。将荧光纳米粒与DNA单链共价连接,可对DNA进行直接的定位探测,用于基因的光学定位制图和DNA与蛋白质间相互作用的研究。科学家们设想根据DNA链互补原理,将cDNA链与抗癌药物的纳米胶囊连接,注入病人血液和组织内,一旦其遇上癌细胞的DNA时,cDNA链将与癌细胞的DNA结合,药物开关受触发而开放,释放出药物,杀灭癌细胞。医学界也非常看好纳米药物,如不易被人体吸收的药物(如雌二醇),当被制成纳米粉或悬浮液时,变得容易吸收;把纳米药物做成膏药贴在患处,可通过皮肤直接吸收而无须注射。

控释制剂载体研究现状及前景

药物载体是药物缓释体系的重要组成部分,也是影响药效的主要因素,药物控释制剂载体是随着药物学、生物材料科学和临床医学的发展而新兴的给药技术,自20世纪60年代以来,对于药物控制释放体系的研究,受到了学者越来越广泛的重视[1]。药物的控制释放,与传统给药模式相比,具有显著的优点,除提高药物治疗的准确性、有效性、安全性外,还明显的降低了药物的不良反应及生产成本。其中制备性能良好的药物载体是药物控制释放技术的支撑点。药物释放领域是一个交叉学科,需要化学、生物学、药学和临床医学等多学科的综合研究。了解适合不同药物的药物载体材料,有助于达到理想的药物控制释放效果。笔者介绍国内外常用的几类重要载体材料的应用和发展。

1天然高分子及其衍生物

1.1胶原

胶原是动物体内含量最为丰富的蛋白质,也是细胞外基质的主要成分。因此在用于基因传递的组织工程支架中,胶原也是研究最早最多的天然高分子,其不仅可以被生物降解,也可被制成各种不同的形式,如溶液、纤维、海绵,及在生理温度下成凝胶等。去端肽胶原是一种变性的胶原,即去掉抗原决定簇的胶原,它的免疫原性比胶原低。胶原作为生物材料,具有生物相容性好、免疫原性较低、在生理条件下可分解、可促进细胞生长和修复创伤等优点,在眼部药物释放治疗癌症的注射微粒、释放抗生素的海绵和释放蛋白药物的微柱等方面已有成功的应用。通常药物胶原载体系统的建立是通过胶原对药物的吸附作用来实现的。将胶原与有治疗作用的酶或药物分子反应,通过共价键结合形成固定化酶系统和控制药物释放系统同样是一种有用的途径[2]。丁时踽等[3]通过125I-BSA/胶原基复合材料的体内植入释放来模拟这种释放体系的体内动态过程,得到了125I-BSA的释放曲线(AUC=323%×d,MRT=4.83 d)。还对药物/材料的复合工艺作了改进,体内释放实验结果显示,用壳聚糖包裹125I2BSA生成胶体颗粒,再和胶原材料复合,可明显增强其缓释作用,有效地延长药物在植入局部存留的时间(AUC =476%×d ,MRT=7.22 d)。上述2种复合材料在体外药物释放实验的数据分别与体内实验的结果有一定的相关性。

1.2直链淀粉

直链淀粉为构成淀粉粒的主要成分,是吡喃葡萄糖以α-1,4-糖苷键连接成的长键化合物,亦称β-直链淀粉。其聚合度一般在100~6 000之间。交联的高直链淀粉吸水可以溶胀,形成凝胶,因此很久以前就作为口服药物的赋形剂被广泛应用。制备直链淀粉凝胶时,选取的交联