癌症诊断纳米材料治疗应用

癌症诊断纳米材料治疗应用

近年来，癌症成为了威胁人类健康的第一杀手，在我国胃癌、

肝癌和肺癌是3种发病率最高的癌症。早期的癌症难以发现，而癌

细胞又易通过淋巴血管等途径转移扩散，导致癌症的治愈居高不下。目前临床癌症的治疗方法是手术治疗、放射治疗和化学治疗。然而，手术治疗存在高风险、创伤面积大和易复发的缺点；放疗和化疗在

杀死癌细胞的同时会损伤机体的正常细胞，导致正常生理功能受损。因此，人类急需开发新型的癌症诊疗策略攻克这一医学难题。纳米

技术的飞速发展为癌症的诊断和治疗带来了新的策略，纳米材料具

有良好的光学性质、磁学性质和电学性质，利用这些性质，人们可

以开发出检测肿瘤标志物的传感器进行癌症诊断，也可以制备药物

载体进行靶向释放药物。通过不断优化纳米材料，人们构建起来稳定、高效的纳米诊断系统和治疗系统，这将为癌症的诊疗提供强大

的技术支持，纳米材料在癌症的诊疗中的应用具有诸多优势，如检

测信号强特异性高、对癌细胞具有选择性和特异性、能降低药物的

剂量减轻药物的副作用等。然而，目前大多数纳米材料的应用研究

都停留在基础阶段，特别是在癌症的诊疗过程中面临安全性和代谢

等问题，因此开发性能优良的纳米材料依然是今后科研工作的重点。

1超顺磁铁氧化物纳米颗粒

超顺磁铁氧化物纳米颗粒通常是人工合成的磁性纳米颗粒，包

括纳米级的γ-氧化铁、α-氧化铁和四氧化三铁。这些纳米颗粒具

有超顺磁性，在磁场作用下能够迅速磁化，并达到磁饱和状态，当

磁场消失后，又能立刻去除磁化作用，因此能够对其进行导向标靶，引导其到达生物组织的特定部位，提供诊断和治疗的靶向性。超顺

磁铁氧化物纳米颗粒在生物医学中应用要满足以下条件：1）颗粒尺

寸在1nm～100nm之间；2）表面电荷稳定；3）易于包覆修饰及链接配体和药物。由于超顺磁铁氧化物纳米颗粒具有超顺磁性，在核磁

共振成像中，人们常将其作为增强磁信号的造影剂，以提高核磁共

振成像的效果。超顺磁铁氧化物纳米颗粒在核磁成像过程能够在外

界磁场的作用下被迅速磁化，磁化的纳米颗粒能够在生物组织的特

点部位能显著提高核磁共振成像的对比度，弥补了普通核磁共振成

像在特定位置成像效果不足的缺点。此外，超顺磁铁氧化物纳米颗

粒具有较高的生物安全性，其中Fe3O4已经被批准应用于临床作为

核磁共振检测的造影剂。除了诊断功能，超顺磁铁氧化物纳米颗粒

也可以作为药物载体应用在癌症的治疗方面，将抗癌药物装载在纳

米颗粒的表面，由于其顺磁性的特点能够将药物在特定的靶点进行

释放，并使抗癌药物集中释放，不被吞噬细胞和免疫系统摄取，而

且不会引起血管的堵塞产生血栓等反应。此外，如果在交变磁场的

作用下，超顺磁铁氧化物纳米颗粒药物载体可以产生一定的热量，

该热效应也有治疗的作用，会与药物治疗一起协同进行肿瘤的消除。超顺磁铁氧化物纳米颗粒也可以同时实现核磁诊断和药物载体的双

功能，进行疾病的诊疗一体化研究，尽管这种材料的研发还在起步

阶段，但是其特殊性具有很大的发展潜力，在未来一定会为癌症的

诊疗做出巨大的贡献。尽管超顺磁铁氧化物纳米颗粒存在诸多优势，但目前这一材料的应用仍然有一定局限性，如作为药物载体使药物

释放过早，难以进行药物缓释；建立梯度磁场进行磁性材料的诊断

需要的设备昂贵，成本高，基层医院难以普及等。因此，人们还需

要研发出材料的表面修饰技术，以实现磁性纳米材料的智能化，使

超顺磁铁氧化物纳米颗粒的药物载体能调控药物释放的时间，同时

降低诊断设备的生产成本，提供核磁诊断的普及率。

2贵金属纳米颗粒

贵金属纳米颗粒通常包括金、银和铂等贵金属纳米材料，目前

材料学家在实验室条件下，已经能够通过不同的合成条件制备出多

种形态的贵金属纳米颗粒，如球形、棒状和星形等。贵金属纳米颗

粒的形态通常能够决定材料的理化性质，如球形的金纳米材料在可

见光区通常有较强的吸收光谱，而棒状的金纳米材料则在近红外区

有较强的吸收光谱。贵金属纳米颗粒的尺寸分布在100nm之内的，

其特点是单分散性好，易于制备，因其本质是金属材质具有优良的

电学性质。贵金属纳米颗粒还具备良好的生物相容性，颗粒的表面

易于和蛋白和核酸等生物大分子结合，被广泛应用生物医学的研究中。在癌症的诊断方面，贵金属的金和银通常有表面增强拉曼散射

的性质，可以作为计算机断层扫描（CT）的造影剂，提高信号强度，清晰地区别骨骼和其他组织，用以进行体内各种病灶的早期诊断，

这将有望实现肿瘤及肿瘤转移的早期确证。另外，局部表面等离子

共振效应是金属材质的纳米颗粒的特殊性质，利用其可以实现肿瘤

的光声成像。纳米贵金属在治疗方面，具有抗肿瘤、载药和抑菌等

作用。在抗肿瘤方面，纳米金银能够高效地吸收近红外光，并将近

红外光转换为热量用于光热治疗，动物实验表明经该方法治疗的肿

瘤能够明显减小甚至消失，另外纳米级的银材料也可以利用自身的

细胞DU性进行癌细胞的消除。如果将光敏剂通过化学键与纳米金银

耦合，在光照条件下还可进行光动力学治疗。纳米贵金属是良好的

药物载体，通常人们将纳米贵金属置于材料的核心，通过外部修饰（如包覆硅材料）或利用特殊的化学键链接等方式，将药物装载到

纳米贵金属的表面制备成新型的抗癌制剂，载药治疗的优势不仅能

够防止药物达到肿瘤部位前释放，而且可以有效确证治疗部位以实