纳米载体及纳米药物ppt课件
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纳米载体及纳米 药物
1. 纳米基因载体
1.1 纳米基因载体的作用
纳米载体将DNA、RNA等基因分子包裹在纳米颗粒的内部或吸附在其 表面，然后在其表面偶联特异性的靶向分子（如特异性配体、克隆抗体 等），通过靶向分子与细胞表面受体的结合，并在细胞摄粒作用下将目标 基因引入细胞内，从而实现安全有效的靶向性基因治疗或其他作用。
2.4 纳米药物尺度的优势
大分子和颗粒进入和排出细胞
胞 饮 吞 噬
胞 吐
毛细血管床的过滤作用 纳米微粒的大小影响药物的生物利用率。 脾静脉窦中内皮细胞的间隙为200~500nm，因此长效 型微粒最好不要超过200nm大小。而肾脏肾小球中内皮 细胞的间隙在40~60nm间，过小的微粒会被过滤出。 要使纳米载体在血液循环中流通时间增加，必须控制 载体大小的范围。
1.2 纳米基因载体的特点
生物安全性：可生物降解，毒性，免疫原性小 基因保护作用：保护基因不受各种补体及酶的破坏 提高细胞摄取量：纳米粒径，特殊结构及表面电荷 靶向性修饰：在其表面偶联特异性靶向分子
1.3 纳米基因载体的种类
载体种类
金属纳米颗粒
优点 特异性结合，毒副 作用小
制备简单；大规模 使用
缺点 表面修饰后才能有效结 合基因；生物相容性不好
颗粒表面电位偏低，装载量 少；有团聚现象
代表性材料
纳米金、氧化铁
无机非金属 纳米颗粒
二氧化硅、磷酸钙、羟基 磷灰石
生物降解高 分子纳米颗粒
生物降解性，生物 相容性好
易于带负电的非特性细胞和 蛋白结合；有些材料有细胞 毒性；转染效率不高，需进 行表面改性
多聚赖氨酸、聚乙烯亚 胺、聚酰胺-胺树形高分 子、壳聚糖、明胶、阳离 子多肽、阳离子聚酯
可延长载体运输时间， 提高转染 效率
使用不便，降压效果需提高
1.5 纳米基因载体在生物医学上的应用
纳米基因载体在基因治疗中的应用
纤维连接蛋白配体和上皮型钙粘蛋白抗体包埋在无机纳米载体中 与细胞表面的整合素受体和上皮型钙粘蛋白特异性结合 Kutsuzawa et 促进了基因的高效传递和在胚胎干细胞中的有效表达 al, 2006
2.5 纳米药物的应用
纳米靶向药物
门控纳米材料包容机理
纳米尺度的“墙”可以部分溶解，然后在合适的条件重 新建立，从而将荧光标记的药物包容在内部
纳米药物的抗菌性能
银离子 银纳米粒 子
银常用于抗菌纤维及纺织品 中，但一般以银离子系统为主， 容易与生物体中的氯离子产生 氯化银沉淀，进而诱发人体过 敏反应产生。 纳米银粒子没有银离子的缺 点，但其限制在于安定性不佳， 合成后储放易产生凝聚形成微 米级粒子，另则为在高分子基 材不容易分散，而影响其应用。
磁性纳米药物 温度敏感性、pH敏感性、 光敏感性纳米药物 免疫纳米药物 纳米中药，等
2.3 纳米药物的优势
纳米级药物载体可以进入毛细血管，在血液循环系统自由流动， 还可穿过细胞，被组织与细胞以胞饮的方式吸收，提高生物利用 率。 纳米载体的比表面积高，水溶性差的药物在纳米载体中的溶解 度相对增强，克服无法通过常规方法制剂的难题。 纳米载体经特殊加工后可制成靶向定位系统，如磁性载药纳米 微粒。可降低药物剂量减轻副作用。 延长药物的体内半衰期，藉由控制聚合物在体内的降解速度， 能使半衰期短的药物维持一定水平，可改善疗效及降低副作用， 减少患者服药次数。 可消除特殊生物屏障对药物作用的限制，如血脑屏障、血眼屏 障及细胞生物膜屏障等，纳米载体微粒可穿过这些屏障部位进行 治疗。
生物带电情况相近，转染 蛋白质、糖蛋白、脂质体、 效率不高；易发生免疫反应 抗体
1.4 纳米基因载体交联及导入体内的方法
纳米材料装载基因的方式主要有两种： （1）电学性质结合，利用纳米颗粒和DNA的不同电荷性质，通 过静电作用连接； （2）共价键性质的结合，利用纳米粒子本身的官能团或者衍射 出来官能团和基因蛋白结合。
纳米基因载体在遗传育种上的应用
中孔洞纳米粒为载体
蜂窝状结构将基因 及刺激该基因表达 的化合物导入植物 细胞
控制其在适当时间 及地点释放
目前已经成功的将基因及化合物转 殖入阿拉伯芥、烟草以及玉米等植物中(Torney et al, 2007)
1.6 展望
基因的运载方式是目前基因转导能否成功的关键环节。 磁性材料、热敏材料、PH敏感材料等的应用将有助于新型
智能基因载体的研发。
纳米微粒基因载体将会很有应用前景。
2 纳米药物
2.1 纳米药物的定义
药剂学中的纳米粒或称纳米载体与纳米药物，其尺 寸界定于1~1000nm之间。
纳米载体指表面负载或包埋药物的各种纳米粒。
纳米药物则是指直接将原料药物加工成纳米粒。
2.2 纳米药物的分类
纳米乳剂 纳米脂质体 纳米粒药物 固体脂质纳米粒 纳米囊与纳米球
应用普遍；不受物种限制；缩短转 基因时间
强度太大，损伤细胞，影响转染效 率
浸泡法
将培养物浸泡到纳米DNA溶液中， 利用渗透作用进入
操作简单快速
转化效率不高
真空渗入法
真空状态时，载体进入细胞
简便、快速、可靠
转染效率低
口服
口服纳米基因载体
使用简便，可提高生物利用度
体内传递效率不高，易受分解
静脉注射
静脉注射基因载体
效应
Bacterici- Bactericidal dal effect effect 只要有杀 菌剂存在 银原子团 簇
抑菌效果 要达特定 浓度 系列 银离子系 列
与氯离子 产生氯化 银反应
过敏反应 有
会
不会
无
2.6 将来的纳米药物制剂
• 智能化的纳米药物传输系统 – 超小型的血糖检测系统 – 微型药房 – “智能炸弹” • 纳米陷阱 • 分子马达 • ……
导入方法
方法简述
优点
缺点
基因枪
通过高速飞行的纳米金属颗粒将包 被基因导入细胞
无宿主限制；受体类型广泛；操作 简便
仪器昂贵；轰击细胞损伤较大
电击法
高压电泳脉冲作用在原生质体质膜 上形成瞬间通道
无宿主限制；操作简单；直接作用 带壁细胞
转化效率不高，设备昂贵
超声波介导
超声引起的空化效应使细胞膜表面 出现可逆性小孔，细胞膜通 透性增加
分子马达
• 利用人体内源性ATP作为 能量来源的分子马达 • 体外实验证明可以捕捉病 毒，并可以使病毒在入侵 细胞前失活
1. 纳米基因载体
1.1 纳米基因载体的作用
纳米载体将DNA、RNA等基因分子包裹在纳米颗粒的内部或吸附在其 表面，然后在其表面偶联特异性的靶向分子（如特异性配体、克隆抗体 等），通过靶向分子与细胞表面受体的结合，并在细胞摄粒作用下将目标 基因引入细胞内，从而实现安全有效的靶向性基因治疗或其他作用。
2.4 纳米药物尺度的优势
大分子和颗粒进入和排出细胞
胞 饮 吞 噬
胞 吐
毛细血管床的过滤作用 纳米微粒的大小影响药物的生物利用率。 脾静脉窦中内皮细胞的间隙为200~500nm，因此长效 型微粒最好不要超过200nm大小。而肾脏肾小球中内皮 细胞的间隙在40~60nm间，过小的微粒会被过滤出。 要使纳米载体在血液循环中流通时间增加，必须控制 载体大小的范围。
1.2 纳米基因载体的特点
生物安全性：可生物降解，毒性，免疫原性小 基因保护作用：保护基因不受各种补体及酶的破坏 提高细胞摄取量：纳米粒径，特殊结构及表面电荷 靶向性修饰：在其表面偶联特异性靶向分子
1.3 纳米基因载体的种类
载体种类
金属纳米颗粒
优点 特异性结合，毒副 作用小
制备简单；大规模 使用
缺点 表面修饰后才能有效结 合基因；生物相容性不好
颗粒表面电位偏低，装载量 少；有团聚现象
代表性材料
纳米金、氧化铁
无机非金属 纳米颗粒
二氧化硅、磷酸钙、羟基 磷灰石
生物降解高 分子纳米颗粒
生物降解性，生物 相容性好
易于带负电的非特性细胞和 蛋白结合；有些材料有细胞 毒性；转染效率不高，需进 行表面改性
多聚赖氨酸、聚乙烯亚 胺、聚酰胺-胺树形高分 子、壳聚糖、明胶、阳离 子多肽、阳离子聚酯
可延长载体运输时间， 提高转染 效率
使用不便，降压效果需提高
1.5 纳米基因载体在生物医学上的应用
纳米基因载体在基因治疗中的应用
纤维连接蛋白配体和上皮型钙粘蛋白抗体包埋在无机纳米载体中 与细胞表面的整合素受体和上皮型钙粘蛋白特异性结合 Kutsuzawa et 促进了基因的高效传递和在胚胎干细胞中的有效表达 al, 2006
2.5 纳米药物的应用
纳米靶向药物
门控纳米材料包容机理
纳米尺度的“墙”可以部分溶解，然后在合适的条件重 新建立，从而将荧光标记的药物包容在内部
纳米药物的抗菌性能
银离子 银纳米粒 子
银常用于抗菌纤维及纺织品 中，但一般以银离子系统为主， 容易与生物体中的氯离子产生 氯化银沉淀，进而诱发人体过 敏反应产生。 纳米银粒子没有银离子的缺 点，但其限制在于安定性不佳， 合成后储放易产生凝聚形成微 米级粒子，另则为在高分子基 材不容易分散，而影响其应用。
磁性纳米药物 温度敏感性、pH敏感性、 光敏感性纳米药物 免疫纳米药物 纳米中药，等
2.3 纳米药物的优势
纳米级药物载体可以进入毛细血管，在血液循环系统自由流动， 还可穿过细胞，被组织与细胞以胞饮的方式吸收，提高生物利用 率。 纳米载体的比表面积高，水溶性差的药物在纳米载体中的溶解 度相对增强，克服无法通过常规方法制剂的难题。 纳米载体经特殊加工后可制成靶向定位系统，如磁性载药纳米 微粒。可降低药物剂量减轻副作用。 延长药物的体内半衰期，藉由控制聚合物在体内的降解速度， 能使半衰期短的药物维持一定水平，可改善疗效及降低副作用， 减少患者服药次数。 可消除特殊生物屏障对药物作用的限制，如血脑屏障、血眼屏 障及细胞生物膜屏障等，纳米载体微粒可穿过这些屏障部位进行 治疗。
生物带电情况相近，转染 蛋白质、糖蛋白、脂质体、 效率不高；易发生免疫反应 抗体
1.4 纳米基因载体交联及导入体内的方法
纳米材料装载基因的方式主要有两种： （1）电学性质结合，利用纳米颗粒和DNA的不同电荷性质，通 过静电作用连接； （2）共价键性质的结合，利用纳米粒子本身的官能团或者衍射 出来官能团和基因蛋白结合。
纳米基因载体在遗传育种上的应用
中孔洞纳米粒为载体
蜂窝状结构将基因 及刺激该基因表达 的化合物导入植物 细胞
控制其在适当时间 及地点释放
目前已经成功的将基因及化合物转 殖入阿拉伯芥、烟草以及玉米等植物中(Torney et al, 2007)
1.6 展望
基因的运载方式是目前基因转导能否成功的关键环节。 磁性材料、热敏材料、PH敏感材料等的应用将有助于新型
智能基因载体的研发。
纳米微粒基因载体将会很有应用前景。
2 纳米药物
2.1 纳米药物的定义
药剂学中的纳米粒或称纳米载体与纳米药物，其尺 寸界定于1~1000nm之间。
纳米载体指表面负载或包埋药物的各种纳米粒。
纳米药物则是指直接将原料药物加工成纳米粒。
2.2 纳米药物的分类
纳米乳剂 纳米脂质体 纳米粒药物 固体脂质纳米粒 纳米囊与纳米球
应用普遍；不受物种限制；缩短转 基因时间
强度太大，损伤细胞，影响转染效 率
浸泡法
将培养物浸泡到纳米DNA溶液中， 利用渗透作用进入
操作简单快速
转化效率不高
真空渗入法
真空状态时，载体进入细胞
简便、快速、可靠
转染效率低
口服
口服纳米基因载体
使用简便，可提高生物利用度
体内传递效率不高，易受分解
静脉注射
静脉注射基因载体
效应
Bacterici- Bactericidal dal effect effect 只要有杀 菌剂存在 银原子团 簇
抑菌效果 要达特定 浓度 系列 银离子系 列
与氯离子 产生氯化 银反应
过敏反应 有
会
不会
无
2.6 将来的纳米药物制剂
• 智能化的纳米药物传输系统 – 超小型的血糖检测系统 – 微型药房 – “智能炸弹” • 纳米陷阱 • 分子马达 • ……
导入方法
方法简述
优点
缺点
基因枪
通过高速飞行的纳米金属颗粒将包 被基因导入细胞
无宿主限制；受体类型广泛；操作 简便
仪器昂贵；轰击细胞损伤较大
电击法
高压电泳脉冲作用在原生质体质膜 上形成瞬间通道
无宿主限制；操作简单；直接作用 带壁细胞
转化效率不高，设备昂贵
超声波介导
超声引起的空化效应使细胞膜表面 出现可逆性小孔，细胞膜通 透性增加
分子马达
• 利用人体内源性ATP作为 能量来源的分子马达 • 体外实验证明可以捕捉病 毒，并可以使病毒在入侵 细胞前失活