纳米技术医学运用前景范文

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一、在诊断技术方面的应用

扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片,可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现检测自动化。其基本原理是:连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。

其技术要点是:制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提高了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴别诊断。目前利用磁性纳米分离癌细胞在动物实验上已获得成功。其方法是:在直径为50nm的Fe3O4纳米粒表面包覆聚苯乙烯,将特异抗体连接其上,此抗体全只与骨髓中的癌细胞结合。因此,利用磁性分离技术装置很容易将癌细胞从骨髓中分离出来,分离率达99.9%以上,其意义重大。肿瘤切除术后加放疗,为目前肿瘤治疗的一种方案,但放疗的同时也会使正常细胞受到伤害,尤其是杀伤骨髓细胞,从而产生造血功能障碍,因此在放疗前将骨髓抽出,并分离出肿瘤细胞,将极大的提高放疗的疗效。

二、在治疗技术方面的应用

纳米生物材料可以作为基因治疗药物携带材料或靶向材料。通过纳米材料的筛选、纳米粒径的控制及靶向物质的加载,可大大提高药物载体的靶向性,降低药物的毒副作用。用于研究的模型药物包括阿霉素(ADM)、米托蒽醌和单克隆抗体以及近年来迅速发展的反义药物。我们可将药物包埋在纳米粒内部,也可吸附或偶联在其表面,通过血管内注射纳米粒后,纳米粒主要被网状内皮系统吞噬,肝脏中有数目众多的网状内皮细胞,且位置固定,因此药物能在肝内聚集,然后逐步放入血液循环,使肝脏药物浓度增加,对其他脏器不良反应减少,对肝脏有被动靶向作用;当纳米粒足够小(100~150mm)便可逃过kupffer细胞的吞噬,可将其表面覆以特殊包被后,靠其连接的特异性抗体等物质定位于其他靶向器官发挥作用。

肿瘤基因治疗是近年来基因治疗和肿瘤治疗领域内研究的热点,肿瘤基因治疗的方法主要有:①肿瘤抑制基因疗法;②肿瘤免疫基因疗法;③“自杀”基因疗法;④耐药基因疗法;⑤其他基因疗法。尽管基因治疗在基础研究取得很多成绩,然而临床试验研究的结果尚不令人满意。造成这种现象的原因是多方面的。这些问题主要有:①肿瘤基因治疗缺乏靶向性;②基因转移载体的效率、安全性及容量等问题;③绝大多数治疗方案目的基因只有一个。传统的DNA传递系统分为病毒载体介导系统和非病毒载体介导系统。病毒性载体在体内、体外均有高效表达,但是病毒性载体具有抗原性,体内应用诱导免疫反应和炎症反应;而且病毒性载体有可能将外源性病毒基因插入人的基因组中,引起严重的毒副作用。非病毒性载体一般不会造成基因的永久表达、无抗原性、体内应用安全;组成明确,易大量制备,但传递效率低。研制具有高效转染、安全低毒和器官甚至肿瘤细胞特异性的基因载体已成为制约基因治疗药物发展的瓶颈。纳米技术的出现为解决基因转移载体提供了新的思路。采用纳米载体转运核苷酸有很多优越性:①有助于核苷酸高效率转染细胞;②能够靶向定位输送核苷酸;③能有效保护核苷酸,防止体内生物酶的降解;④无机纳米粒本身具有杀伤癌细胞的作用,且对正常细胞无损害。纳米生物材料亦可应用于制造各类组织的支架(如血管、气管、输尿管、韧带与肌腱),组织工程用支架材料,内固定件,骨组织缺损修复材料。卫生部纳米生物技术重点实验室与美国合作开发的具有自塑能力的可吸收注射型纳米骨浆,已在美国、中国等多个国家开展临床实验,疗效显著,该纳米骨浆具有高度生物相容性且无致热源性。

卫生部纳米生物技术重点实验室还与美国匹滋堡大学组织工程中心合作,已开始出骨组织工程纳米生物活性材料,该材料由氨基酸及其他无毒的生物活性物质构成(如:葡萄糖、甘油、胶原蛋白、聚二醇等),采用国际上称为“绿色化学”技术进行合成。并且材料中含有骨生长因子可促进新骨的生成及骨组织功能的恢复,从而缩短骨修复周期,增强再造骨的功能,提高再造骨的质量,而且可以修复大面积的骨缺损。同时在成骨过程中,纳米材料亦可作为填充物质和骨生长因子的载体起着桥梁的作用。伴随着新骨的生长,生物材料逐步降解,待新骨形成时,纳米材料将被组织安全吸收。该材料的下一步开发计划是使材料携带骨生长因子基因,纳米材料既作为填充物质,又是基因转染的载体。纳米机器人是几百个原子、分子组成的颗粒,尺寸只有几十个纳米,表面活性很大,可进入血管中。科学家设想将这些机器人放在血液、尿液和细胞介质中工作,例如可以专门清除血管壁上的沉积物、疏通脑血管中的血栓。

三、展望

展望未来,纳米生物技术将飞速发展,在医学临床的应用将会非常广泛。纳米生物技术应用于恶性肿瘤的靶向性治疗将成为一种新的诊疗方法,可望在15年内征服一部分恶性肿瘤。纳米基因载体将推进基因治疗的临床应用进展。纳米探针诊断技术和纳米细胞分离技术将在临床和生物技术产品开发中广泛应用,纳米生物材料作为人体内植入物和应用于组织工程将解决传统材料在临床应用的许多弊端。纳米技术改造传统中药加工工艺将在很大程度上提高中医药的治疗效果。