纳米技术与肿瘤诊治
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❖ 微小探针技术 ❖ 纳米生物细胞分离技术 ❖ 纳米细胞检疫器:纳米秤 ❖ 纳米激光 ……
陈汝福，陈积圣.纳米技术在肿瘤诊断与治疗中的应用. 癌症. 23, 12 (2004): 1714-1716
11
三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
微小探针技术
Tuan和其同事研制的纳米探针，探测单个活细胞的纳米传感器,当它插入 活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA的损伤。
12
三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
纳米生物细胞分离技术
密度梯度离心
制备SiO2 纳米微粒, 并将其表面包覆分子层 制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液
将纳米SiO2 包覆粒子均匀分散到其中 密度梯度离心
对所需要的细胞进行分离 实现对体内早期肿瘤细胞的发现
13
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
➢ 纳米载药微粒 ➢ 纳米基因载体 ➢ 磁介导热疗 ➢ 纳米无机材料 ➢ 纳米疫苗 ……
22
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
磁介导热疗
将纳米尺度的磁性颗粒定位于肿瘤组织，然后施 加一外部交变磁场，使材料因产生磁滞、驰豫或感应 涡流而被加热，这些热量再传递到材料周边的肿瘤组 织中，使肿瘤组织温度超过42℃，导致细胞的凋亡及 坏死，从而实现对肿瘤的治疗。
纳米阳离子脂质体
20
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米脂质体基因载体
以avβ3 整合蛋白为靶向的基因纳米材 料(a): av β 3-NP/RAF(-)表达的 ATPu-RAF与avβ3整合蛋白结合;(b):内 皮细胞凋亡(c): 肿瘤细胞饥饿死亡.
Andrew R. Reynolds, S. Trends Mol Med. 9 (2003 ): 2-4
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米基因载体 2:树突状物的多聚体
美国密西根州大学James等研制的对聚酰胺-胺型 (PAMAM)树突状聚 合物。装载了DNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞， DNA分子释放出来，实现基因的整合。
PAMAM
Eichman JD, James R.Baker. et al. Pharm Sci Techonol Today. 3 (2000): 232-245
纳米基因载体
肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基 因载体，临床效果不是很理想 纳米基因载体：缓释药物、靶向输送、保护核苷酸、 毒性小
• 脂质体基因载体 • 树状多聚体的基因载体
19
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米基因载体 1: 纳米脂质体基因载体
表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒DNA的复合 物。通过其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质， 实现基因治疗。
14
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒
尺度：直径10～500 nm的固态胶体粒子
构造：药物通过溶解、包裹作用位于粒子内部, 或通过吸附、耦合作
用位于粒子表面
物理化学导向
特点：长循环、缓释、靶向
生物导向
纳米微粒
长循环
靶向、缓释
15
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒：物理化学导向
利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下，磁性纳 米载体将富集在病变部位，进行靶向给药。
标表面的抗原性识别器发生特异性结合，使药物能准确地作用于目的细胞。
荧光修饰的抗体进行识别和定位
与抗体结合的纳米材料与肿瘤抗原的特异性结合
X X He, X Lin, K Wang, W Tan. J Nanosci Nanotechol.1( 2004): 235-254
18
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
直径50纳米，外面包 银的光纤，尖部贴有 可识别和结合BPT的 单克隆抗体
细胞浸入含有苯并吡(BaP)的液体中 苯并吡(BaP)与细胞DNA的代谢生成BPT
激发抗体和BPT生荧光
光探测器接收
探测早期DNA的损伤
Kasili PM, Vo-Dinh T. J Nanosci Nanotechnol. 5,12(2005): 2057-62
3
主要内容
一 纳米技术概况 二 纳米技术在生物医学领域的应用 三 纳米技术在肿瘤诊治中的应用 四 总结与展望
6
一、纳米技术概况
纳米:1 nm=10-9 m 纳米技术：在1－100 nm这一尺度范围内对原子、分子进行 操纵和加工的技术。 纳米技术的应用：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料
电子
生活
生物医学
7
纳米材料的特点
• 纳米尺度的结构单元 研究对象在尺度上的匹配 • 大量的界面或自由表面 提高该系统的性能，节约成本 • 纳米单位之间存在相互作用 提高药物输送以及利用的效率
16
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
修饰后的纳米磁性材料
PEG-FA包裹的磁性纳米材料及其与BT-20细胞的结合能力
Y Zhang, J Zhang. J Colloid Interf Sci, 283 (2005): 352–357
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒：生物导向
利用抗体、细胞膜表面受体的专一性作用，将配位子结合在载体上，与目
8
二 、纳米技术在生物医学中的应用
➢ 对生物大分子的研究 ➢ 分子马达 ➢ 纳米机器人 ➢ 光纤纳米传感器单细胞分析 ……
www.biotech.org.cn
9
二 、纳米技术在生物医学中的应用
生物大分子研究
纳米机器人
www.biotech.org.cn
分子马达
10
三 、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
肿瘤的靶向治疗
肿瘤细胞识别 诊断肿瘤起因 药物输送 报告肿瘤位置 肿瘤细胞死亡报告
1
抗癌藥劑對实體癌部位置 的選擇性輸送
2
癌細胞的EPR效應
1986年，日本熊本大學前田浩教授提倡EPR效果(Enhanced Permeation and Retention effect)(EPR效應) 。 EPR效應，即是癌細胞會分泌比正常細胞多的vascular permeability factor，造成腫瘤組織附近血管比起正常的血管物質滲透性高，因此分 子體積大的高分子化合物更能滲透、經過癌組織。加上癌細胞破壞淋 巴系統，造成高分子化合物停留在腫瘤組織附近時間較長的現象。 被動的(passive)特定目標藥物比較能將血液中的藥物送入癌細胞中。 因此，自1986年以來，對固體癌細胞的特定目標藥物，就從以前對抗 原-抗體反應的積極性特定目標藥物，改用抑制肝臟、腎臟代謝或運用 徐放的被動特定目標藥物而出現了新的開始
陈汝福，陈积圣.纳米技术在肿瘤诊断与治疗中的应用. 癌症. 23, 12 (2004): 1714-1716
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三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
微小探针技术
Tuan和其同事研制的纳米探针，探测单个活细胞的纳米传感器,当它插入 活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA的损伤。
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三、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
纳米生物细胞分离技术
密度梯度离心
制备SiO2 纳米微粒, 并将其表面包覆分子层 制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液
将纳米SiO2 包覆粒子均匀分散到其中 密度梯度离心
对所需要的细胞进行分离 实现对体内早期肿瘤细胞的发现
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
➢ 纳米载药微粒 ➢ 纳米基因载体 ➢ 磁介导热疗 ➢ 纳米无机材料 ➢ 纳米疫苗 ……
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
磁介导热疗
将纳米尺度的磁性颗粒定位于肿瘤组织，然后施 加一外部交变磁场，使材料因产生磁滞、驰豫或感应 涡流而被加热，这些热量再传递到材料周边的肿瘤组 织中，使肿瘤组织温度超过42℃，导致细胞的凋亡及 坏死，从而实现对肿瘤的治疗。
纳米阳离子脂质体
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米脂质体基因载体
以avβ3 整合蛋白为靶向的基因纳米材 料(a): av β 3-NP/RAF(-)表达的 ATPu-RAF与avβ3整合蛋白结合;(b):内 皮细胞凋亡(c): 肿瘤细胞饥饿死亡.
Andrew R. Reynolds, S. Trends Mol Med. 9 (2003 ): 2-4
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米基因载体 2:树突状物的多聚体
美国密西根州大学James等研制的对聚酰胺-胺型 (PAMAM)树突状聚 合物。装载了DNA的树突状聚合体注入组织，内吞作用的方式进入细胞， DNA分子释放出来，实现基因的整合。
PAMAM
Eichman JD, James R.Baker. et al. Pharm Sci Techonol Today. 3 (2000): 232-245
纳米基因载体
肿瘤的基因治疗：缺乏靶向性强、转染效率高的基 因载体，临床效果不是很理想 纳米基因载体：缓释药物、靶向输送、保护核苷酸、 毒性小
• 脂质体基因载体 • 树状多聚体的基因载体
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米基因载体 1: 纳米脂质体基因载体
表面正电荷与核苷酸发生静电作用，形成纳米载体与质粒DNA的复合 物。通过其表面阳离子与细胞膜上的糖蛋白及磷脂相互作用进入细胞质， 实现基因治疗。
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒
尺度：直径10～500 nm的固态胶体粒子
构造：药物通过溶解、包裹作用位于粒子内部, 或通过吸附、耦合作
用位于粒子表面
物理化学导向
特点：长循环、缓释、靶向
生物导向
纳米微粒
长循环
靶向、缓释
15
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒：物理化学导向
利用药物载体的磁性特点，在外加磁场的作用下，磁性纳 米载体将富集在病变部位，进行靶向给药。
标表面的抗原性识别器发生特异性结合，使药物能准确地作用于目的细胞。
荧光修饰的抗体进行识别和定位
与抗体结合的纳米材料与肿瘤抗原的特异性结合
X X He, X Lin, K Wang, W Tan. J Nanosci Nanotechol.1( 2004): 235-254
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四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
直径50纳米，外面包 银的光纤，尖部贴有 可识别和结合BPT的 单克隆抗体
细胞浸入含有苯并吡(BaP)的液体中 苯并吡(BaP)与细胞DNA的代谢生成BPT
激发抗体和BPT生荧光
光探测器接收
探测早期DNA的损伤
Kasili PM, Vo-Dinh T. J Nanosci Nanotechnol. 5,12(2005): 2057-62
3
主要内容
一 纳米技术概况 二 纳米技术在生物医学领域的应用 三 纳米技术在肿瘤诊治中的应用 四 总结与展望
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一、纳米技术概况
纳米:1 nm=10-9 m 纳米技术：在1－100 nm这一尺度范围内对原子、分子进行 操纵和加工的技术。 纳米技术的应用：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
材料
电子
生活
生物医学
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纳米材料的特点
• 纳米尺度的结构单元 研究对象在尺度上的匹配 • 大量的界面或自由表面 提高该系统的性能，节约成本 • 纳米单位之间存在相互作用 提高药物输送以及利用的效率
16
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
修饰后的纳米磁性材料
PEG-FA包裹的磁性纳米材料及其与BT-20细胞的结合能力
Y Zhang, J Zhang. J Colloid Interf Sci, 283 (2005): 352–357
四、利用纳米技术进行肿瘤治疗
纳米载药微粒：生物导向
利用抗体、细胞膜表面受体的专一性作用，将配位子结合在载体上，与目
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二 、纳米技术在生物医学中的应用
➢ 对生物大分子的研究 ➢ 分子马达 ➢ 纳米机器人 ➢ 光纤纳米传感器单细胞分析 ……
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二 、纳米技术在生物医学中的应用
生物大分子研究
纳米机器人
www.biotech.org.cn
分子马达
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三 、纳米技术在肿瘤早期诊断中的应用
肿瘤的靶向治疗
肿瘤细胞识别 诊断肿瘤起因 药物输送 报告肿瘤位置 肿瘤细胞死亡报告
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抗癌藥劑對实體癌部位置 的選擇性輸送
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癌細胞的EPR效應
1986年，日本熊本大學前田浩教授提倡EPR效果(Enhanced Permeation and Retention effect)(EPR效應) 。 EPR效應，即是癌細胞會分泌比正常細胞多的vascular permeability factor，造成腫瘤組織附近血管比起正常的血管物質滲透性高，因此分 子體積大的高分子化合物更能滲透、經過癌組織。加上癌細胞破壞淋 巴系統，造成高分子化合物停留在腫瘤組織附近時間較長的現象。 被動的(passive)特定目標藥物比較能將血液中的藥物送入癌細胞中。 因此，自1986年以來，對固體癌細胞的特定目標藥物，就從以前對抗 原-抗體反應的積極性特定目標藥物，改用抑制肝臟、腎臟代謝或運用 徐放的被動特定目標藥物而出現了新的開始